Modelado mecanobiológico para el estudio de la influencia de la mecánica en la formación de placa de ateroma y su aplicación al problema de hipertensión

Las enfermedades cardiovasculares son una de las principales causas demortalidad a nivel internacional y, dentro de estas enfermedades, laateroesclerosis es una de las más frecuentes. Consiste en la formación de una placade ateroma en la pared arterial, ocasionada por la deposición de distintassustancias que circulan por el torrente sanguíneo. Dada su alta incidencia, sustrágicas consecuencias y que, en la mayoría de casos, éstas ocurren sin presentarsíntomas previos, es de vital importancia comprender la evolución de estosprocesos, así como su etiología.El modelado computacional se ha convertido en una herramientaampliamente utilizada para simular diferentes situaciones patológicas y poderprever sus posibles consecuencias. Siguiendo esta línea de investigación, elobjetivo de este proyecto consiste en el desarrollo de un modelo mecanobiológicocomputacional de crecimiento de placa de ateroma en una arteria coronariahumana que cuantifique la influencia de las condiciones mecánicas en este proceso.Para la creación de este modelo, se ha utilizado el software COMSOL Multiphysics5.3a (COMSOL, Suecia).Se ha partido de un modelo desarrollado previamente que modelaba elproceso de formación de la placa de ateroma basándose en ecuaciones deconvección-difusión-reacción y se han realizado varias modificaciones sobre élpara cuantificar la influencia de las condiciones mecánicas sobre el procesoaterosclerótico. Concretamente, se ha estudiado la influencia de la anisotropía delvaso sobre la aterosclerosis, la del estado de deformaciones del vaso sobre losprocesos difusivos de las sustancias involucradas en el crecimiento de la placa deateroma, la influencia de las deformaciones en los procesos convectivos y la de lascondiciones de fijación a las que se encuentra sometida la arteria.Por último, una vez que el modelo ha sido validado, se ha aplicado al estudiodel caso de hipertensión, para cuantificar su influencia en el procesoaterosclerótico.Tras realizar todos los cálculos pertinentes, se ha concluido que los únicosparámetros relevantes para el proceso simulado son la anisotropía del procesodifusivo y las condiciones de contorno a las que se encuentra sometida la arteria.Además, se ha observado que el modelo utilizado es capaz de predecircorrectamente los efectos de la hipertensión sobre el proceso aterosclerótico.<br /

Estudio y diseño mecánico mediante elementos finitos del comportamiento de mallas biocompatibles para un dispositivo de asistencia ventricular.

Estudio y diseño de un entorno computacional mediante elementos finitos para analizar el comportamiento mecánico de un dispositivo de asistencia ventricular (VAD) basado en una malla celularizada. Para ello se considerarán diferentes alternativas de diseño de malla, considerando varias geometrías de poro así como diversas modificaciones geométricas dentro de cada patrón, con el objetivo de optimizar su diseño desde el punto de vista mecánico.<br /

Modelado específico de una célula individual mediante elementos finitos para la obtención de las fuerzas de tracción

El estudio del entorno celular desde el punto de vista de la biomecánica es un área de investigación muy desarrollada hoy en día. Pese a que todavía hay un gran número de incógnitas, ha quedado demostrado en los últimos años que las propiedades mecánicas de las células y su entorno, así como las solicitaciones mecánicas que han de soportar, tienen un papel primordial en muchos procesos celulares de diversos tipos como por ejemplo la contracción, migración, desarrollo, diferenciación o incluso la muerte celular. Por tanto, unas condiciones mecánicas inadecuadas pueden llegar a ser la causa de la aparición de numerosas consecuencias y patologías, de ahí la importancia de su estudio. Por ello, en los últimos años, han ido apareciendo una gran cantidad de trabajos enfocados a utilizar recursos ingenieriles para generar modelos computacionales que simulen escenarios biológicos reales y así poder entender mejor estos procesos. Un claro ejemplo de ello es la aplicación de modelos de elementos finitos para simular interacciones mecánicas de ámbito biológico. El objetivo de este trabajo es continuar esta línea de investigación para crear un modelo computacional, basado en geometrías y cargas reales, que sea capaz de simular de forma solvente diferentes escenarios mecánicos y que además continúe la tendencia de esta línea de investigación de generar modelos cada vez más realistas. Para ello, se han utilizado diversos software para poder reconstruir un modelo tridimensional basado en datos obtenidos experimentalmente y realizar diferentes simulaciones mecánicas donde se han ido variando parámetros mecánicos para estudiar su influencia. A la vista de los resultados obtenidos, se ha demostrado que la metodología utilizada es capaz de realizar de manera eficiente todos los cálculos exigidos y que podrá ser utilizada para crear modelos celulares aun más complejos y estudiarlos de forma solvente

Influencia de la mecánica de la pared arterial en el crecimiento de placa de ateroma

En este trabajo se estudia la influencia de la mecánica de la pared arterial en el proceso de formación de placa de ateroma, teniendo en cuenta elementos como la porosidad y tortuosidad de la misma

Fabrication of human myocardium using multidimensional modelling of engineered tissues

Biofabrication of human tissues has seen a meteoric growth triggered by recent technical advancements such as human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) and additive manufacturing. However, generation of cardiac tissue is still hampered by lack of adequate mechanical properties and crucially by the often unpredictable post-fabrication evolution of biological components. In this study we employ melt electrowriting (MEW) and hiPSC-derived cardiac cells to generate fibre-reinforced human cardiac minitissues. These are thoroughly characterized in order to build computational models and simulations able to predict their post-fabrication evolution. Our results show that MEW-based human minitissues display advanced maturation 28 post-generation, with a significant increase in the expression of cardiac genes such as MYL2, GJA5, SCN5A and the MYH7/MYH6 and MYL2/MYL7 ratios. Human iPSC-cardiomyocytes are significantly more aligned within the MEW-based 3D tissues, as compared to conventional 2D controls, and also display greater expression of C ×43. These are also correlated with a more mature functionality in the form of faster conduction velocity. We used these data to develop simulations capable of accurately reproducing the experimental performance. In-depth gauging of the structural disposition (cellular alignment) and intercellular connectivity (C ×43) allowed us to develop an improved computational model able to predict the relationship between cardiac cell alignment and functional performance. This study lays down the path for advancing in the development of in silico tools to predict cardiac biofabricated tissue evolution after generation, and maps the route towards more accurate and biomimetic tissue manufacture

Nicolás Laita - Creación de un entorno numérico-experimental para la caracterización mecánica y el diseño de una malla para un dispositivo de asistencia ventricular

Creación de un entorno numérico-experimental para la caracterización mecánica y el diseño de una malla para un dispositivo de asistencia ventricula