Finite element modeling of cell behavior under different biophysical stimuli: from passive to active behavior
- Autores: Francisco Serrano Alcalde
- Directores de la Tesis: José Manuel García Aznar (dir. tes.), Mª José Gómez Benito (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Zaragoza ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Francisco Javier Martínez Reina (presid.), Maria Angeles Pérez Ansón (secret.), Manuel José Laspalas Casanova (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Biomédica por la Universidad Politécnica de Catalunya y la Universidad de Zaragoza
- Materias:
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- Resumen
La mecanobiología celular se encarga del estudio del comportamiento de las células cuando son sometidas a cargas mecánicas y de los mecanismos de mecanotransducción que éstas tienen. Se sabe que las células son capaces de adaptarse al ambiente mecánico en el que se encuentran, pudiendo aumentar o disminuir su rigidez en función de la rigidez del sustrato que las rodea. Además, son capaces de cambiar de un modo de migración a otro, buscando el modo más eficiente de migrar dependiendo de las propiedades mecánicas de la matriz en la que se encuentren. Sin embargo, esta capacidad de adaptación también permite que algunas células tumorales cambien sus propiedades mecánicas para invadir otros órganos de manera más sencilla. Para ello, las células utilizan diferentes mecanismos de mecanotransducción que les permiten tomar este tipo de decisiones en función de lo que estén sintiendo mecánicamente.
Descifrar y entender los mecanismos de mecanotransducción no es una tarea sencilla, sin embargo, los modelos computacionales ayudan a entender mejor qué está sintiendo la célula para tomar algunas de estas decisiones. Para ello, distintos autores han propuesta diferentes tipos de modelos computacionales, desde modelos basados en agente a modelos continuos, pasando por modelos híbridos, que han ido resolviendo parte de los mecanismos de mecanotransducción, aunque todavía quedan muchos de ellos sin resolver.
En esta Tesis, se estudia cómo las células son capaces de sentir diferentes ambientes mecánicos de manera pasiva y activa. Para ello, se presentan tres modelos computacionales distintos que se resuelven utilizando el Método de los Elementos Finitos (MEF). Debido a la gran capacidad de las células para adaptarse al entorno y estar en constante remodelación, los modelos constitutivos de material para describir cada caso de estudio son diferentes en función del comportamiento predominante. Estos modelos muestran la respuesta mecánica que las células podrían estar percibiendo en diferentes condiciones. El primero es una célula fluyendo de forma pasiva por el interior de un citómetro donde el cambio en el per l de velocidad, provocado por el cambio de sección del canal, induce una deformación en la célula. El segundo es una célula migrando de forma lobopodial dentro de una matriz extracelular tridimensional, donde sus propiedades mecánicas dependen o no del nivel de deformación que soporte la matriz. Finalmente, el último de los modelos es un cultivo celular sobre una matriz donde se simula la infección por bacteria de algunas células del cultivo.
Todos los modelos en conjunto pretenden dar a conocer los diferentes mecanismos de mecanotransducción que las células pueden utilizar para percibir su entorno y que podrían desencadenar importantes mecanismos biológicos.
