Diseño y simulación de un sistema de infusión de progenitores hematopoyéticos mediante bomba peristáltica

Abstract

RESUMEN: Para el tratamiento de múltiples enfermedades de la sangre y restaurar la función de la médula ósea, se requiere el trasplante de progenitores hematopoyéticos (PH), un procedimiento comúnmente conocido como “trasplante de médula”. La infusión de PH habitualmente se lleva a cabo por gravedad. Con la finalidad de mejorar la calidad asistencial al paciente y la eficiencia y seguridad del procedimiento de infusión, en este trabajo se plantea, en colaboración con el Servicio de Hematología del Hospital Universitario Marqués de Valdecilla de Santander y dentro del programa de trasplante de progenitores hematopoyéticos, estudiar la viabilidad del empleo de bombas peristálticas de tipo lineal para llevar a cabo este tipo de tratamientos. Para ello se recurrirá al empleo de herramientas avanzadas de simulación numérica; elementos finitos (FEA) y dinámica de fluidos computacional (CFD), con el fin de caracterizar el flujo del fluido y predecir el daño en los componentes celulares del fluido. Se empleará el software ANSYS 2020 R1; Transient Structural y Fluent, para el cálculo numérico de la interacción fluido-estructura (Fluid Structure Interaction; FSI) entre el sistema mecánico de actuación de una bomba peristáltica lineal y la línea de trasfusión. De esta forma se evaluará el funcionamiento del sistema propuesto para la infusión de PH. Los resultados obtenidos serán analizados y comparados con resultados experimentales publicados en documentación científica, con el fin de determinar la potencial existencia de daño en los componentes celulares que conforman el fluido a infundir y de esta forma evaluar la viabilidad preclínica de dicho procedimiento de infusión.

ABSTRACT: Diverse blood diseases require hematopoietic stem cells transplant (HSCT) as part of the treatment for the medulla restoration. The HSCT is usually carried out by gravity method. The aim of this project is the viability study of the use of linear peristaltic pumps to carry out the treatment in order to improve the patient’s assistance quality and the treatment’s efficiency and safety. This study has been proposed and carried out in cooperation with the Marqués de Valdecilla University Hospital in Santander and the HSCT Processing and Cell Therapy unit of the Blood and Tissue Bank of Cantabria. Advanced numerical simulation tools use is required to get that purpose; Finite Elements Analysis (FEA) and Computational Fluid Dynamics (CFD), to characterize the fluid flow through the infusion pipe and predict the potential fluid cell damage. A Fluid-Solid Interaction (FSI) simulation will be carried out using ANSYS 2020 R1 software. In particular Transient structural module and Fluent module for each physics analysis will be used. In this way the HSC infusion system operation will be evaluated. The results obtained will be analyzed and compared with in vitro and other experimental results published on scientific papers with the aim to determine the potential damage existence on the different cell components of the fluid to be infused. In that way, we will be set the foundations for the pre-clinic validation of this treatment procedure and the future development of numerical computational models for other medical applications.