Cultura de células 3D in silico por meio de técnicas de Modelagem Baseada em Agentes: aplicações em engenharia de tecidos

• Autor(a) principal: Silva Junior, Willer Ferreira da
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/100/100132/tde-23112021-170728/
• topic: Agent Based Modeling; Biologia celular; Bioprocesses; Bioprocessos; Cellular biology; Complex systems; Engenharia de tecidos; Modelagem Baseada em Agentes; Sistemas complexos; Tissue engineering

Diferentes estudos têm demonstrado a importância de se analisar o comportamento celular em estruturas tridimensionais por uma perspectiva complexa. A maior parte dos modelos avalia regras específicas de comportamento e/ou desconsideram características fundamentais das células ou de suas interações e comunicações com o entorno. Portanto, este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um modelo baseado em agentes (MBA) que abarque os comportamentos celulares fundamentais em meio a um arcabouço de estrutura porosa. O modelo computacional desenvolvido possui dois eixos principais: 1) modelagem e análise de arcabouços e 2) modelagem e análise do sistema biológico. Células, nutrientes, fatores de crescimento e metabólitos foram considerados agentes e descritos por listas de informações individuais; células se movimentam pelos poros do arcabouço por quimiotaxia e interagem com os demais agentes e estrutura de sustentação, consumindo oxigênio, glicose e lactato de acordo com a via glicolítica; outros comportamentos como inibição por contato, produção e remodelagem de matriz extracelular também foram modelados. A análise de propriedades de arcabouços de dimensões 12 x 12 x 1000 voxels de diferentes porosidades, por meio da técnica de bootstrapping mostrou que voxels com diâmetro de 20 m resultam em arcabouços com propriedades mecânicas e fluido dinâmicas similares às encontradas em modelos in vitro e in vivo; além disso, a simulação de cultivos de tecidos pelo modelo com voxels de 20 m apresentaram maiores valores de preenchimento do arcabouço por células e matriz extracelular, bem como maior taxa de crescimento e complexidade energética do sistema. A simulação do cultivo de células estaminais humanas derivadas de medula óssea utilizando parâmetros de um modelo in vitro reproduziu o comportamento de crescimento celular observado no estudo de referência, tanto no regime de cultivo em perfusão, quanto no estático. Portanto, o MBA desenvolvido neste projeto pode ser empregado na investigação preliminar de fenômenos biológicos ou de viabilidade de condições de cultivo de tecido