• liver spheroids
• in vitro models
• in silico models
• allometric scaling
• sferoidi epatici
• modelli in vitro
• modelli in silico
• allometria

Il presente lavoro di tesi ha come obiettivo lo sviluppo di un approccio sperimentale e computazionale per studiare lo scaling di costrutti cellulari epatici in termini di metabolismo dell’ossigeno, al variare della loro dimensione e morfologia. In particolar modo, mediante tecniche di biofabbricazione per estrusione, sono stati realizzati sperimentalmente sferoidi epatici di volume crescente a densità cellulare costante, al fine di valutare la relazione di scaling per il consumo di ossigeno. Inoltre, la dipendenza di tale legge di scaling rispetto alla distribuzione spaziale della massa dei costrutti è stata valutata attraverso modelli in silico. A parità di volume e densità cellulare, è stato quindi simulato il trasporto e consumo di ossigeno in aggregati cellulari epatici aventi diverse forme non perfettamente sferiche (ovvero, diverse distribuzioni spaziali di massa), muovendo i primi passi verso la definizione di criteri morfologici per lo sviluppo di costrutti in vitro dall’ottimizzato potere predittivo e traslazionale.

The aim of this thesis is to develop a theoretical, experimental and computational framework to study the size-related scaling of hepatic cell constructs in terms of oxygen metabolism, as their size and morphology vary. In particular, hepatic spheroids with constant cell density and increasing volume were realized by an extrusion-based bioprinting technique, in order to evaluate the scaling relationship for oxygen consumption. Finally, the dependence of this scaling law on the mass spatial distribution of constructs was evaluated through in silico models. Keeping constant volume and cell density, the transport and consumption of oxygen in hepatic cell aggregates having different non-perfectly spherical shapes (i.e., different spatial mass distributions) was then simulated, moving the first steps towards the definition of morphological criteria for the development of in vitro constructs with optimized predictive and translational power.