Blood, guts and chemical engineering

Authors


  • Albright and Wilson Americas Award Lecture presented at the CSChE Annual Meeting, Edmonton, AB, October 1988.

Abstract

Basic chemical engineering sciences have been used to address selected medical problems. The natural anticoagulant, heparin, has been immobilized to a polyvinyl alcohol (PVA) coating on polyethylene or polyurethane, to prepare a blood compatible material. Modelling of the relationship between the rate of heparin leakage from the coating and the blood heparin concentration at the blood material interface supported the conclusion that the observed inhibition of clot formation induced by the material was due to the activity of the covalently immobilized heparin. The relationship between flow resistance and tube diameter was used to devise an ex vivo system for demonstrating this activity: 1 mm ID heparin-PVA coated tubing was tested in a parallel flow circuit with a 3 mm ID silicone tubing so as to control the blood flow through the 1 mm test tubing. In another area of chemical engineering activity in biomedical sciences, live mammalian cells have been microencapsulated in a polymer membrane to prevent the host's antibodies, that are outside the capsule, from causing the immune destruction of the to-be-transplanted cells (e.g., pancreatic islets for the treatment of diabetes). These works illustrate the use of chemical engineering in nontraditional ways, consistent with what some consider the new “paradigm” for our profession.

Abstract

On a appliqué les principes de base du génie chimique pour traiter certains problèmes médicaux. L'anticoagulant naturel, l'héparine, a été immobilisé sur un revětement d'alcool polyvinylique (PVA) fixé sur du polyéthylène ou du polyuréthane dans le but de préparer un matériau sanguin compatible. La modélisation de la relation entre la vitesse de fuite de l'héparine du revětement et la concentration d'héparine sanguine à l'interface du matériau sanguin, permet de conclure que l'activité de l'héparine immobilisée de manière covalente inhibe la formation des grumeaux causés par le matériau. La relation entre la résistance à l'écoulement et le diamètre du tube a été utilisée pour concevoir un système ex vivo, dans le but de démontrer cette activité: des tubes enrobés d'héparine-alcool polyvinylique (PVA) de 1 mm de diamètre intérieur ont été testés dans un circuit d'écoulement parallèle comprenant un tube de silicone de 3 mm de diamètre intérieur pour pouvoir contrôler le débit sanguin dans le tube d'essai de 1 mm. Le génie chimique est utilisé dans d'autres domaines des sciences biomédicales. Ainsi, des cellules de mammifères vivants ont été microencapsulées dans une membrane polymérique pour empěcher les anticorps de l'hôte, qui se trouvent à l'extérieur de la capsule, provenant de la destruction immunitaire des ceullules à transplanter (p. ex., des ilôts pancréatiques pour le traitement des diabètes). Ces travaux illustrent l'utilisation du génie chimique dans des voies non traditionnelles, que certains voient comme le nouveau “paradigme” de notre profession.

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