seminari ifc1

L’appuntamento con i Seminari IFC si rinnova con Libera Fresiello e Arianna Di Molfetta, Giovedì 18 Dicembre 2014, ore 15.00, presso l’Aula 27 ed. A dell’Area della Ricerca del CNR, via G. Moruzzi 1. Il responsabile della UOS IFC di Roma, Gianfranco Ferrari, noto internazionalmente per la sua attività di ricerca nell’ambito della modellistica del sistema cardio-vascolare (e non solo), illustrerà brevemente le attività della UOS di Roma ed introdurrà le due giovanissime ricercatrici che illustreranno due applicazioni della modellistica legate ai dispositivi di assistenza meccanica cardiaca (LVAD). In particolare, Libera presenterà uno studio clinico e modellistico finalizzato allo studio dell’interazione cuore-VAD sia a riposo che durante attività fisica. Il fine dello studio è la valutazione del livello ottimale di supporto VAD necessario al paziente sulla base delle esigenze giornaliere; Arianna illustrerà un tema ancora più delicato, in quanto le sue simulazioni affrontano l’uso di dispositivi di assistenza ventricolare per la terapia dello scompenso cardiaco in età pediatrica e nelle cardiopatie congenite, includendo la fisiopatologia univentricolare come bridge al trapianto cardiaco.

Libera Fresiello, già assegnista dell’IFC, UOS di Roma, ha vinto una borsa di studio erogata dalla comunità europea nell’ambito delle “Marie Curie Actions” - IEF (GA 624296). Il progetto di ricerca è incentrato sull’ottimizzazione della terapia di assistenza meccanica circolatoria e svolto al Dipartimento di Cardiochirurgia presso l’Università Cattolica di Leuven (Belgio) con la collaborazione dell’IFC-CNR. È autrice di 18 pubblicazioni su riviste scientifiche e di circa 40 abstracts presentati a congressi internazionali. Nel 2008 ha conseguito la laurea specialistica in Ingegneria Biomedica cum laude presso l’Università Campus Biomedico di Roma. Nel 2011 ha conseguito il Master di II livello cum laude in Ingegneria Clinica presso l’Università di Firenze; nel 2014 il Dottorato di ricerca, per la cui tesi ha ottenuto il citato riconoscimento.

Dal 2010 ha lavorato al progetto SensorART (GA. 248763) sotto la supervisione della Dott.sa Maria Giovanna Trivella e dell’Ing. Gianfranco Ferrari. Dal 2011 è membro dell’ESAO e membro degli organizzatori dello young ESAO.

La sua area di ricerca comprende:

- analisi di dati sperimentali e clinici per lo studio dell’interazione MCSS – paziente con particolare attenzione agli effetti del baroriflesso,

- sviluppo di modelli ibridi (numerico - idraulico) cardiovascolari per lo studio di diversi dispositivi di assistenza (IABP, VAD etc.) in diverse condizioni fisiopatologiche,

- sviluppo di modelli computazionali come supporto alla decisione clinica per il miglioramento e la personalizzazione della terapia MCSS su paziente.

Arianna Di Molfetta, nata nel 1983 a Roma, ha conseguito la laurea magistrale (2007) e triennale (2005) in Ingegneria Biomedica presso l’Università Campus Bio-medico di Roma con votazione 110 e Lode. Dal 2008 svolge la sua attività di ricerca di modellistica cardiocircolatoria presso il laboratorio di Ingegneria Cardiovascolare di Roma dell’Istituto di Fisiologia Clinica del CNR. Ha conseguito il titolo di Dottore di ricerca in Fisiopatologia sperimentale cardiovascolare presso l’Università degli studi di Roma Tor Vergata nel 2012 sviluppando un modello numerico per l’ottimizzazione della programmazione dei device per la terapia di resincronizzazione cardiaca. Ha lavorato nel progetto europeo SensorART (GA. 248763), ed attualmente la sua ricerca è focalizzata sullo studio di VAD per il trattamento dello scompenso cardiaco in età pediatrica e nelle cardiopatie congenite in collaborazione con il dipartimento di Cardiologia e Cardiochirurgia Pediatrica dell’Ospedale pediatrico Bambino Gesù di Roma. Dal 2012 al 2014 è stata eletta coordinatrice dello yESAO, il gruppo di giovani ricercatori della società europea degli organi artificiali (ESAO). Continua la sua formazione come studentessa del sesto anno in corso di Medicina e Chirurgia presso l’Università di Tor Vergata. È autrice di 23 articoli scientifici pubblicati su riviste internazionali indicizzate e di più di 80 abstracts per congressi nazionali ed internazionali.

Di seguito gli abstract (in inglese) dei due seminari.

Titolo: VAD and Exercise (L. Fresiello)

Nowadays, continuous flow LVAD are considered a valuable therapy for end-stage heart failure patients. Although continuous-flow LVADs guarantee a mechanical durability and reliability, unlike the pulsatile devices, they can’t offer at the moment a level of support tailored on patients’ different needs. These LVADs, in fact are usually working in a fixed speed mode, therefore the level of flow provided to the patient depends only by the pressure drop across the pump. As a consequence, LVAD support is not tailored on patient’s daily activity (sleeping, sitting, walking etc.). So although LVAD patients are usually encouraged in exercising regularly to improve their residual heart activity, the LVAD support does not adapts accordingly.

Aim of this work is to develop a simulator combining a cardiovascular model with a respiratory model and able to reproduce the hemodynamic condition of heart failure patients. Such a model will provide a representation of the basic mechanisms of physical activity as: increment of oxygen uptake, increment of HR and cardiac output, increment of artero-venous oxygen difference in the vascular regions etc.

The simulator under development is a lumped parameters model of different peripheral vascular districts and of the pulmonary circulation. Each vascular district is represented in terms of arterial and venous sections. Atria are represented as passive compliances and ventricles are represented with a time-varying elastance model. A specific section will be developed to reproduce the ventilation, oxygen and carbon dioxide exchange at level of tissues and lungs, baroreflex control. A specific LVAD module will be developed for the representation of different LVAD devices (i.e HeartMate II, HeartWare etc.). In this way it will be possible to investigate and simulate the mutual interaction between the heart and the LVAD not only at rest but also during physical activity.

The present model will be validated using clinical data collected at the Hospital of the Catholic University of Leuven. To this aim a clinical study was initiated at the hospital, enrolling LVAD patients undergoing bicycle exercise test. Patients’ performance in terms of hemodynamic and ventilatory parameters will be evaluated, with a particular attention to the interaction ventricle – LVAD during exercise.

At the end of the study, the simulator and the clinical data collected on LVAD patients, will constitute a valid support to reproduce and investigate patient’s specific hemodynamics and patient’s need in terms of LVAD support both at rest and during exercise.

Titolo: The use of VAD in Congenital Heart Disease: The role of Numerical Models (A. Di Molfetta)

Aim: Thanks to the improvement in corrective and palliative surgery, more congenital heart disease patients are surviving. Treatment delivered early in life does not provide a permanent solution and the definitive treatment is the heart transplantation. Due to the lack of donors, VADs could be an alternative to heart transplantation for congenital heart disease patients. Considering the complex physiopathology and the type of VAD connection, a numerical model (NM) could be useful to support clinical decisions. The aim of this work is to test a NM simulating the VADs effects on grown up transposition of the great vessels and in failing Fontan for systolic dysfunction (SD), diastolic dysfunction (DD) and pulmonary vascular resistance increase (PRI).

Methods: Data of 2 TGA patients and 10 Fontan patients were used to simulate the patient baseline using a dedicated NM. The effect of apical and atrio-aortic VAD on TGA patients were simulated and compared to measured data to assess the model predictivity value. Then, for each of the 10 Fontan patients a systolic/diastolic dysfunction and the pulmonary vascular resistance increment were simulated. Finally, for each Fontan patient and for each pathology, the single ventricle assistance and the cavo-pulmonary assistance were simulated.

Results: NM can well reproduce PTs baseline and the effect of VAD on TGA patients. In Fontan patients, in the case of systolic dysfunction, LVAD increases the cardiac output (CO) (35%) and the arterial systemic pressure (ASP) (25%). With cavo-pulmonary assistance (RVAD) a decrease of inferior vena cava pressure (IVCP) (39%) was observed with 34% increase of CO. With the BIVAD an increase of ASP (29%) and CO (37%) was observed. In the case of DD, the LVAD increases CO (42%), the RVAD decreases the IVCP. In the case of PRI, the highest CO (50%) and ASP (28%) increase is obtained with an RVAD together with the highest decrease of IVCP (53%).

Conclusions: The use of NM could be helpful in this innovative field to evaluate the VADs implantation effects on specific PT to support PT and VAD selection.