Biomedical Engineering - Technology for Regenerative Medicine

Full exam

1 Tema di esame del 10.02.2022: soluzioni Tecnologie per la Medicina Rigenerativa Elencare le varie fasi del processo di una terapia tessutale (graft bioingegnerizzato) per trattare il danno miocardico da infarto (punti 5/33). La terapia consiste in una serie di step: • Prelievo bioptico di derma e vene dal paziente stesso • Isolamento di fibroblasti (derma) e cellule endoteliali (vene) • Induzione a pluripotenza e differenziamento in cardiomiociti di fibroblasti e espansione delle cellule endoteliali • Semina del preparato cellulare su una membrana polimerica biodegradabile • Coltura dinamica del costrutto (membrana+cellule) con stimolazioni biofisiche simili a quelle presenti nella nicchia staminale del miocardio: scaffold fibroso, fattori di crescita, trazione ciclica, stimolazione elettrica • Il graft trattato viene suturato sulla superficie della zona infartuata Descrivere i requisiti minimi delle buone pratiche di fabbricazione (GMP) (punti 5/33). Secondo gli standard GMP, ci sono cinque requisiti minimi per la produzione di PTC da utilizzare durante i test preclinici, gli studi clinici e la commercializzazione. 1) Il nuovo PTC deve includere una strategia per il suo processo di produzione, compresa la scelta del bioreattore più idonea, metodi di monitoraggio, test analitici quantitativi. 2) Il processo di produzione del nuovo PTC deve essere eseguito in un sistema di qualità certificato. Ad esempio, nell'ambito della procedura operativa ISO9001, che regola la tracciabilità di prodotti e reagenti, e i controlli di qualità. 3) L'impianto di produzione del nuovo PTC deve soddisfare i requisiti strutturali e ambientali. Ad esempio, la purezza dell'aria deve essere controllata da locali sterili, in cui la pressione dell'aria è maggiore di quella esterna e in cui l'aria viene filtrata e ricircolata ad un minimo di 40 rinnovi/ora. Inoltre, la manipolazione del PTC deve essere limitata a cappe sterili di sicurezza biologica. 4) La procedura GMP per la realizzazione del nuovo PTC deve essere preventivamente autorizzata dall'autorità sanitaria, che rilascia apposita certificazione previa ispezione dell'impianto produttivo. 5) Periodicamente vengono ripetute le ispezioni da parte dell'autorità sanitaria. Dopo il rilascio della nuova PTC per la commercializzazione, le procedure GMP vengono aggiornate periodicamente dal produttore, sulla base delle migliori attuali conoscenze scientifiche e tecniche (gli standard GMP sono chiamati "current GMP", o cGMP, in questa fase, per sottolineare la loro continua attualizzazione). Descrivere la curva di proliferazione cellulare in termini grafici e analitici, indicando a cosa corrispondono i vari parametri che si trovano nelle equazioni (punti 5/33). La curva di proliferazione delle cellule staminali può essere modellata dal grafico qui riportato, in cui è visibile un aumento lineare, seguito da un plateau corrispondente alla senescenza cellulare. Per calcolare il tempo di espansione cellulare, dobbiamo stimare il numero di divisioni (raddoppi) cellulari, d, necessari per ottenere il numero finale di cellule necessarie per la terapia. 2 Considerando X 0 la cellula isolata (ad esempio da una biopsia) e X f il numero finale richiesto, e sapendo che da ciascuna cellula è possibile ottenere 2 cellule figlie per ogni divisione cellulare, è possibile calcolare il valore di d necessario per ottenere X f con la seguente formula e il tempo di espansione come t=d*t d t d è il tempo caratteristico, specifico per ogni tipo cellulare, che corrisponde al tempo richiesto per una singola duplicazione Terapia rigenerativa per la vescica Si consideri una terapia per la rigenerazione della vescica. La strategia terapeutica consiste nell'isolamento delle cellule muscolari da una biopsia vescicale, nell'espansione cellulare in coltura, nella semina cellulare su uno scaffold di acido poliglicolico (PGA) e infine nell'impianto ortotopico del costrutto cellularizzato. Allo scopo di testare la sicurezza del dispositivo, questa procedura è stata utilizzata per creare vesciche ingegnerizzate che sono state impiantate in sette pazienti affetti da ipotrofia vescicale di origine neurologica. • Rispondere brevemente alle domande riportate in tabella (punti 3/33). Qual è il prodotto terapeutico? Quali sono gli elementi che identificano questo prodotto terapeutico come PTC? Il costrutto cellularizzato a forma di vescica composto da scaffold PGA seminato con cellule muscolari. Il principale agente terapeutico sono le cellule muscolari, ottenute dopo "manipolazione non minima" consistente nell'isolamento e nell'espansione in vitro la e la seguente semina /crescita cellulare sul costrutto in PGA . In quale fase del processo normativo è localizzato questo PTC? Quali sono gli standard che si applicano in questa fase del processo di sviluppo di PTC? Fase I del trial clinic su umano (studio pilota) Good Manufacturing Practice (GMP) per la sua produzione. Good Clinical Practice (GCP) per il suo test clinico. Quali sono i rischi associati a questo PTC (immunologico, tumore, teratoma, infezione, tossicità)? Rigetto immunologico: SÌ, se la fonte cellulare non è autologa . Formazione di tumore: SI, è un rischio legato alla degradazione dello scaffold. Formazione di teratomi: NO, perché le cellule non sono pluripotenti. Trasmissione di infezioni: SI, dovuta a qualsiasi manipolazione. Somministrazione di contaminanti tossici: SI, possibile per la degradazione dello scaffold e anche da qualsiasi manipolazione • Compilare la tabella sottostante elencando e discutendo i tipi di cellule che possono essere potenzialmente utilizzati in clinica per questa terapia rigenerativa (punti 5/33). Sorgente cellulare (basata sull’immunog enicità) Tipo cellulare Vantaggi Criticità 3 Dopo l'impianto ortotopico, il costrutto può essere modellato come uno scaffold cellularizzato di forma sferica con raggio interno Ri e raggio esterno Re (fare riferimento alla figura). Il consumo di ossigeno nel volume di controllo è costante e pari a V. La concentrazione di ossigeno dell'ambiente interno ed esterno è costante e pari a c*. Il coefficiente di diffusione dell'ossigeno nel costrutto è uguale a D. Assumendo condizioni stazionarie, calcolare il profilo di concentrazione di ossigeno nello scaffold cellularizzato. Scrivere l'equazione generale del trasporto di massa nel volume di controllo. Eliminare i termini che possono essere considerati nulli o trascurabili e giustificare ogni eliminazione. Scrivere l'equazione semplificata finale da risolvere (punti 3/33). Volume di controllo Ri