Governo Federal

Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
MÉTODOS NUMÉRICOS EM ENGENHARIA (40001016030P0)
UM MODELO MECANOBIOLOGICO MULTIESCALA PARA O REMODELAMENTO OSSEO
ANDRE LUIZ DANIEL
DISSERTAÇÃO
28/02/2013

O tecido ósseo é um sistema dinâmico capaz de promover reparos na sua estrutura através de estímulos biomecânicos. Grupos de células especializadas, como osteoblastos e osteoclastos, são responsáveis por formar e reabsorver a matriz óssea. A simulação computacional desse tipo de sistema biológico é frequentemente utilizada na tentativa de se entender o funcionamento e organização dos componentes desse sistema. Vários modelos foram elaborados nas últimas décadas empregando diversas estratégias de modelagem. Com frequência, modelos mecanicistas utilizam sistemas de equações diferenciais para descrever o comportamento local das variáveis biológicas, enquanto outros, como os fenomenológicos, tendem a utilizar equações que descrevem o resultado final do comportamento, sem focar tanto em como ele ocorreu. O objetivo desta dissertação é estudar o comportamento do modelo do remodelamento ósseo proposto por Lemaire em um ambiente bidimensional através do método dos elementos finitos. O sistema foi estruturado por três tipos celulares, osteoblastos responsivos, osteoblastos ativos e osteoclastos, e quatro tipos de moléculas sinalizadoras, PTH, TGF-b, RANKL e OPG. Após sua implementação, o sistema foi testado e seu comportamento analisado pela correspondência aos dados experimentais e aos resultados obtidos em outros modelos. Ao ser corroborado por esses dados, o sistema desenvolvido possibilita estudos mais avançados, como na adição de novas variáveis biológicas ou de uma abordagem em um estado tridimensional.

Remodelamento; Método dos elementos finitos; Equações diferenciais; Mecanotransdução.
Bone tissue is a dynamical system able to repair its structure due to biomechanical stimuli. Specialized cell groups, such as osteoblast and osteoclasts, are responsible for producing and removing bone matrix. Computational simulations of biological systems are frequently employed in attempts to understand how these systems are organized and its organization. Several models have been published in the past decades, based on different modeling strategies. Models which focus on biological variables often rely on system of differential equations, while others, based on phenomenological studies, mostly are applied in procedures such as the finite elements method. The objective of this dissertation is to analyze the behavior of the bone remodeling model proposed by Lemaire in a two dimensional space with the finite elements method. The system was structured by three different cells, responsive active osteoblasts and osteoclasts, and four types of signaling molecules, PTH, TGF-β, RANKL and OPG. After its implementation, the system was tested and compared against experimental data and other models. As long as this new system is reliable, it can be upgraded to more advanced studies, with new biological variables or a three dimensional space.
Remodeling; Finite element method; Differential equations; Mecanotransduction.
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

Contexto

MECÂNICA COMPUTACIONAL
MECÂNICA DOS SÓLIDOS COMPUTACIONAL
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Banca Examinadora

MILDRED BALLIN HECKE
Sim
Nome Categoria
CAROLINA AGUIAR MOREIRA KULAK Participante Externo
WALDIR LEITE ROQUE Participante Externo
MARCELO DE MEDEIROS PINHEIRO Participante Externo
ROBERTO DALLEDONE MACHADO Docente

Vínculo

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Não