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dc.creatorBonifácio, Elton Diêgo-
dc.date.accessioned2023-05-23T21:02:54Z-
dc.date.available2023-05-23T21:02:54Z-
dc.date.issued2023-02-28-
dc.identifier.citationBONIFÁCIO, Elton Diêgo. Modelagem computacional de cultura de células tumorais em dispositivos de microfluídica utilizando o método dos elementos finitos. 2023. 162 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.104.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/37899-
dc.description.abstractDespite advances in biomedical sciences, cancer remains one of the leading causes of death in the world. Complex interactions between tumor cells and their microenvironment contribute to tumor initiation and progression in addition to the development of drug-resistant tumor cells. The tumor microenvironment (TM) is heterogeneous and highly complex consisting of a spatial-temporal variation of nutrients, mechanical signals, among others, which influence several cellular processes such as proliferation, differentiation and migration. Modeling TM conditions in vitro with this complexity is technically a challenge. Traditional animal cancer models and in vitro cancer models are limited in their ability to recapitulate human structures and functions, thus hindering appropriate therapeutic strategies. In this context, recent advances in microfluidic technology have offered opportunities to mimetize a physiologically relevant TM found by tumor cells in vivo. The development and application of microfluidic cancer models have the potential to overcome some of the limitations inherent to traditional models. Moreover, the possibility of computationally modeling microchips intended for biological analysis represents an advance in the study of cellular behavior. Currently, there is no model focused on the study of tumor cell cultures in microfluidic devices that contemplates the behavior of cells due to the availability of glucose, oxygen and pH of TM. Therefore, the main objective of this work is the development of computational mathematical models that simulate aspects of tumor cell behavior, such as proliferation and death, inside a microfluidic device, depending on the conditions of TM using the finite element method. For this, models were implemented to evaluate the space-time pattern of nutrients inside a microchip as a function of some physical parameters and material properties that usually vary in experiments. Then, a mathematical model was developed that includes the influence of glucose, oxygen, microchip dimensions and production of metabolic residues on tumor cell behavior. Different case studies were evaluated considering the variation of the initial density of cells, regime of renewal of the culture medium, variation of chip geometry, among others. The results showed a good agreement with experimental observations reported in the literature that present the formation of the necrotic nucleus due to nutrient scarcity and TM acidity, especially for conditions of high initial cell density. The models proposed in this work allow us to evaluate how the distribution of glucose, oxygen and H+ ions occurs inside a microfluidic device and how these influence the behavior of cell proliferation and death. Therefore, these models are tools that can help in experimental planning involving microfluidic systems, since they allow analyzing a wide variety of biological experiments without the difficulties of time and consumption of reagents inherent to experimental investigations.pt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândiapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectDispositivos de Microfluídicapt_BR
dc.subjectMicrofluidic Devicespt_BR
dc.subjectCélulas Tumoraispt_BR
dc.subjectTumor Cellspt_BR
dc.subjectElementos finitospt_BR
dc.subjectFinite Element Methodpt_BR
dc.subjectBioengenhariapt_BR
dc.subjectBioengineeringpt_BR
dc.subjectHidrogelpt_BR
dc.subjectHydrogelpt_BR
dc.subjectGradiente de concentração de nutrientespt_BR
dc.subjectNutrient gradient concentrationpt_BR
dc.titleModelagem computacional de cultura de células tumorais em dispositivos de microfluídica utilizando o método dos elementos finitospt_BR
dc.title.alternativeModelagem computacional de cultura de células tumorais em dispositivos de microfluídica utilizando o método dos elementos finitospt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.contributor.advisor-co1Torres, Libardo Andrés González-
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5206093330545546pt_BR
dc.contributor.advisor1Araújo, Cleudmar Amaral de-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3646626733210591pt_BR
dc.contributor.referee1Guimarães, Gilmar-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8168905928139438pt_BR
dc.contributor.referee2Fiocchi, Arthur Alves-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/3822377177295931pt_BR
dc.contributor.referee3Sousa, Edson Antonio Capello-
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/8934648262859482pt_BR
dc.contributor.referee4Huebner, Rudolf-
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/9514309218273598pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/9340069156143755pt_BR
dc.description.degreenameTese (Doutorado)pt_BR
dc.description.resumoApesar dos avanços das ciências biomédicas, o câncer continua sendo uma das principais causas de morte no mundo. Interações complexas entre as células tumorais e seu microambiente contribuem para o início e progressão do tumor além do desenvolvimento de células resistentes a drogas. O microambiente tumoral (MT) é altamente complexo, consistindo de uma variação espaço-temporal de moléculas que influenciam diversos processos celulares. Modelar as condições do MT in vitro com essa complexidade é um desafio. Modelos animais e modelos tradicionais in vitro são limitados em sua capacidade de reproduzir estruturas e funções humanas, dificultando estratégias terapêuticas apropriadas. Avanços na tecnologia de microfluídica têm oferecido oportunidades de mimetizar um MT fisiologicamente relevante observado em tumores in vivo. A aplicação de modelos de microfluídica do câncer têm o potencial de superar algumas limitações dos modelos tradicionais. A possibilidade de modelar computacionalmente microchips destinados à análises biológicas representa um avanço no estudo do comportamento celular. Na atualidade não existe um modelo focado no estudo de tumores em dispositivos microfluídicos que contempla o comportamento das células em função da disponibilidade de glicose, O2 e pH do MT. Diante disso, o objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de modelos matemáticos computacionais que simulam aspectos do comportamento de células tumorais, como proliferação e morte, em um dispositivo de microfluídica, em função das condições do MT utilizando o método dos elementos finitos. Para isso, foram implementados modelos para avaliar o padrão espaço-temporal de nutrientes em um microchip em função de alguns parâmetros físicos e propriedades de materiais dos hidrogéis que usualmente variam em experimentos. Em seguida, foi desenvolvido um modelo matemático que inclui a influência da glicose, O2, dimensões do microchip e produção de resíduos metabólicos no comportamento das células tumorais. Foram avaliados diferentes estudos de casos considerando a variação da densidade inicial de células, regime de renovação do meio de cultura e variação da geometria do chip. Os resultados mostraram uma boa concordância com observações experimentais reportadas na literatura que apresentam a formação do núcleo necrótico decorrente da escassez de nutrientes e acidez do MT sobretudo para condições de elevada densidade inicial de células. Os modelos propostos permitem avaliar como se dá a distribuição de glicose, O2 e íons de H+ no interior de um dispositivo de microfluídica e como influenciam no comportamento da proliferação e morte celular. Portanto, esses modelos são ferramentas que podem auxiliar no planejamento experimental envolvendo sistemas de microfluídica, uma vez que possibilitam analisar uma ampla variedade de experimentos biológicos sem as dificuldades de tempo e consumo de reagentes inerentes às investigações experimentais.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Mecânicapt_BR
dc.sizeorduration162pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICApt_BR
dc.identifier.doihttp://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.104pt_BR
dc.orcid.putcode135626084-
dc.crossref.doibatchid9edc0c10-e210-490e-85c7-735c1a16f484-
dc.subject.autorizadoEngenharia mecânicapt_BR
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