Modelli Matematici per l'Elettrofisiologia dei Cardiomiociti Derivati da Cellule Staminali Pluripotenti Indotte (hiPSC) ed Applicazioni agli Effetti di Farmaci Anti-aritmici

This thesis explores the use of mathematical models for the electrophysiology of cardiomyocytes derived from induced pluripotent stem cells (hiPSC). hiPSCs represent a promising and ethically acceptable alternative to embryonic stem cells, offering great potential for biomedical research and clinical applications, particularly in the fields of regenerative medicine and cardiac therapies. The differentiation process of hiPSCs into cardiomyocytes is analyzed, highlighting the advantages, challenges, and possible therapeutic applications. Subsequently, the mathematical models used to simulate the electrophysiological behavior of cardiomyocytes are examined, with a focus on the membrane circuit model and the Hodgkin-Huxley and Luo-Rudy models. Finally, the effect of antiarrhythmic drugs, such as Flecainide and Nisoldipine, is studied through computer simulations using the Paci model. The results provide a foundation for further developments in personalized therapies and virtual drug testing, opening new perspectives for cardiovascular research.

Questa tesi esplora l'utilizzo di modelli matematici per l'elettrofisiologia dei cardiomiociti derivati da cellule staminali pluripotenti indotte (hiPSC). Le hiPSC rappresentano una promettente alternativa eticamente accettabile alle cellule staminali embrionali e offrono un ampio potenziale per la ricerca biomedica e le applicazioni cliniche, in particolare nel campo della medicina rigenerativa e delle terapie cardiache. Viene analizzato il processo di differenziazione delle hiPSC in cardiomiociti, evidenziando i vantaggi, le sfide e le possibili applicazioni terapeutiche. Successivamente, si approfondiscono i modelli matematici utilizzati per simulare il comportamento elettrofisiologico dei cardiomiociti, con un focus sul modello circuitale di membrana e sui modelli di Hodgkin-Huxley e Luo-Rudy. Infine, viene esaminato l'effetto di farmaci antiaritmici, come la Flecainide e la Nisoldipina, attraverso simulazioni al computer, utilizzando il modello di Paci 2020. I risultati ottenuti forniscono una base per ulteriori sviluppi nelle terapie personalizzate e nei test virtuali di farmaci, aprendo nuove prospettive per la ricerca cardiovascolare.