Caratterizzazione meccanica di modelli vascolari paziente-specifici affetti da anomalie dell’arteria coronaria per simulazioni emodinamiche in vitro

Anomalous Aortic Origin of a Coronary Artery (AAOCA) is a rare congenital malformation in which one of the coronary arteries originates from the wrong sinus of Valsalva and follows an atypical course, often between the aorta and the pulmonary artery or within the aortic wall itself (intramural course). This anatomical configuration can cause, especially under physical exertion, compression of the coronary lumen, limiting blood flow to the myocardium and increasing the risk of ischemia and sudden cardiac death (SCD), even in young individuals who appear healthy. Diagnosis and risk stratification in patients with AAOCA are complex, as symptoms generally appear only under stress conditions, and conventional diagnostic techniques, although capable of providing anatomical images and functional parameters, are unable to replicate stress conditions. The use of patient-specific three-dimensional models, produced via 3D printing for in vitro hemodynamic simulations, can provide a non-invasive and reproducible alternative for the functional assessment of this condition. However, to ensure the biomechanical reliability of the results, it is essential that such models are made from materials that closely reproduce the mechanical properties of real vascular tissues. The aim of this thesis is the mechanical characterization of a proprietary material used for the 3D printing of patient-specific models of coronary anomalies, in order to assess its suitability for clinical and experimental applications. To this end, uniaxial tensile tests were carried out to determine the elastic modulus, and compliance tests were conducted using ultrasound imaging to evaluate the model’s distensibility. The obtained elastic modulus values were then used to calculate the ideal wall thicknesses for the aorta and coronary arteries in the model, with the goal of replicating the elastic response observed in vivo. The results, compared with biomechanical data available in the literature, made it possible to evaluate the suitability of the tested material for the fabrication of vascular models. These models represent a promising tool for in vitro hemodynamic simulations, providing valuable support for risk stratification in patients with AAOCA.

L’Anomalia dell’origine aortica delle arterie coronarie (AAOCA) è una malformazione congenita rara in cui una delle arterie coronarie nasce da un seno di Valsalva errato e segue un decorso atipico, spesso tra aorta e arteria polmonare o all’interno della parete aortica stessa (decorso intramurale). Questa configurazione anatomica può causare, soprattutto sotto sforzo, compressione del lume coronarico, limitando il flusso ematico al miocardio e aumentando il rischio di ischemia e morte cardiaca improvvisa (SCD), anche in giovani apparentemente sani. La diagnosi e la stratificazione del rischio nei pazienti affetti da AAOCA risultano complesse, poiché i sintomi si manifestano generalmente solo in condizioni di stress e le tecniche diagnostiche convenzionali, pur offrendo immagini anatomiche e parametri funzionali, non riescono a simulare la condizione di sforzo. L’impiego di modelli tridimensionali paziente-specifici stampati in 3D per simulazioni emodinamiche in vitro, può fornire un’alternativa non invasiva e riproducibile per la valutazione funzionale di questa patologia. Tuttavia, per garantire l’attendibilità biomeccanica dei risultati, è essenziale che tali modelli siano realizzati con materiali che riproducano in modo quanto più fedele possibile le proprietà meccaniche dei tessuti vascolari reali. L’obiettivo della presente tesi è la caratterizzazione meccanica di un materiale proprietario impiegato per la stampa 3D di modelli paziente-specifici di anomalie coronariche, al fine di verificarne l’idoneità per applicazioni clinico-sperimentali. A tal fine, sono state condotte prove di trazione uniassiali per la determinazione del modulo elastico e test di compliance mediante imaging ecografico per la valutazione della distensibilità del modello. I valori di modulo elastico ottenuti sono stati utilizzati per calcolare lo spessore ideale delle pareti di aorta e coronarie nel modello, con l’obiettivo di riprodurre la risposta elastica osservabile in vivo. I risultati ottenuti, confrontati con i dati biomeccanici disponibili in letteratura, hanno permesso di valutare l’adeguatezza del materiale studiato per la realizzazione di modelli vascolari. Tali modelli rappresentano uno strumento promettente per simulazioni emodinamiche in vitro, offrendo un supporto utile alla stratificazione del rischio nei pazienti con AAOCA.