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Stability and transition in extracorporeal blood flow devices: understanding flow-induced hemolysis and thrombogenesis

Descrizione del progetto

Flusso sanguigno più sicuro nei dispositivi extracorporei

Il flusso sanguigno nei dispositivi medici extracorporei, come i circuiti ECMO, è spesso esposto a condizioni che possono danneggiare i globuli rossi o provocare la formazione di coaguli. Poiché le attuali terapie per prevenire questi effetti comportano effetti collaterali, è necessario comprendere le cause alla base dell’emolisi indotta dal flusso e della trombogenesi. Il complesso flusso sanguigno attraverso pompe, ossigenatori, cannule e tubi può essere turbolento o transitorio. Con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto STETHOS utilizza simulazioni 3D ad alta fedeltà per studiare il flusso sanguigno nei connettori ECMO e nei tubi curvi. Saranno applicati modelli non newtoniani e analisi avanzate di stabilità. Mappando il modo in cui la turbolenza e le transizioni di flusso influenzano l’emolisi e l’attivazione piastrinica, il progetto mira a guidare la progettazione di dispositivi medici più sicuri.

Obiettivo

The blood flow in extracorporeal medical devices is exposed to non-physiological conditions, which may lead to red blood cell damage and clot formation. Several therapies are applied to patients to prevent these phenomena, but they all come with side effects. Understanding the causes of flow-induced hemolysis and thrombogenesis would reduce the need for medical therapies, thus enhancing the well-being of the patients. An extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) circuit is made up of several components: a blood pump, a membrane oxygenator, cannulae, tubes and connectors. The blood flow through these components is either turbulent or transitional, thus the blood is subject to hydrodynamic stresses that may lead to hemolysis or platelet activation. The link of these two undesired phenomena with the flow regimes and the transition mechanism has not been investigated in previous studies, and it is the aim of the current project. We will perform high-fidelity, three-dimensional numerical simulations of the flow in the connectors and the curved flexible tubes of an ECMO circuit. A non-Newtonian rheological model will be assumed for the blood viscosity. Transition to turbulence will be studied employing both modal and non-modal three-dimensional global stability analysis. For this purpose, a time-stepping technique will be implemented in the numerical code developed by the host's group, combined with a method for solving large-scale eigenvalue problems. Finally, an adjoint sensitivity analysis of the hemolysis index and the platelet activation state to boundary conditions and modifications in the flow will be performed. These results will provide insightful information for the design of medical devices with increased hemodynamic performance.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

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Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) HORIZON-MSCA-2023-PF-01

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Coordinatore

GRAN SASSO SCIENCE INSTITUTE
Contributo netto dell'UE
€ 188 590,08
Indirizzo
VIA FRANCESCO CRISPI 7
67100 L'Aquila
Italia
Regione
Sud Abruzzo L’Aquila
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
Nessun dato