Modelado basado en agentes para la simulación de la formación de una pseudoempalizada en un modelo in vitro de glioblastoma

Torres González, Jonás
Doblaré Castellano, Manuel (dir.) ; Arroyo Vázquez, Raquel (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2021
Departamento de Ingeniería Mecánica, Área de Mec. de Medios Contínuos y Teor. de Estructuras

Graduado en Ingeniería de Tecnologías Industriales

Resumen: El glioblastoma multiforme (GBM) es el tumor cerebral más maligno y agresivo que existe, además de ser el más prevalente de este tipo de tumores. De ahí el interés de su estudio, tanto in vivo como in vitro. El presente trabajo fin de grado tiene como objetivo principal analizar el potencial de los modelos de comportamiento celular basados en agentes en la simulación de los procesos celulares que aparecen en modelos in vitro de glioblastoma. Se estudia especialmente la formación de una pseudoempalizada en situaciones con importantes gradientes de oxígeno y zonas hipóxicas.
Este trabajo se aprovecha de los modelos experimentales previamente desarrollados y publicados en el grupo TME LAB, donde se recrean en dispositivos microfluídicos, distintos procesos bien conocidos, que aparecen en distintas fases del desarrollo del glioblastoma. En particular, la formación de pseudoempalizadas. Son estas agrupaciones de células tumorales con alta densidad, que se producen alrededor de vasos sanguíneos, consecuencia de procesos de migración celular desde zonas hipóxicas y subsiguiente alta proliferación, que pueden dar lugar a la oclusión de tal vaso y con ello la aparición de otra zona hipóxica que realimenta y acelera la invasión tumoral.
Aquí pretendemos desarrollar modelos matemáticos capaces de simular estas situaciones con precisión razonable, y a partir de hipótesis biológicas consistentes. Ello permitiría estudiar de una forma rápida y barata, fenómenos altamente complejos, analizar cada uno de los efectos involucrados, tanto en forma individual o combinada, y, finalmente, responder a preguntas de tipo “whatif”, algunas de las cuales pueden ser imposibles de reproducir en un ensayo real.
El trabajo se compone de una pequeña introducción teórica, en la que se realiza una breve introducción sobre la biología del GBM, una leve explicación sobre los distintos tipos de modelos matemáticos utilizados en las investigaciones sobre el GBM y sobre el modelado basado en agentes, que es el que se utiliza en este trabajo.
El segundo apartado está compuesto por las distintas simulaciones que se han realizado. Se explican las características de cada una: número de agentes, condiciones de contorno, etc. Dicha explicación se acompaña con distintas imágenes de cada simulación para mostrar el comportamiento que han tenido las células.
A continuación, en el tercer apartado, se analizan los resultados obtenidos en cada simulación, se explica si son coherentes o no y los motivos que dan lugar los fenómenos observados.
Se realizan distintas simulaciones, estudiando casos aislados de: migración, proliferación y migración y proliferación combinadas para demostrar paso a paso y de forma individualizada los distintos fenómenos que dan lugar a la formación de la pseudoempalizada.
Para terminar con las simulaciones, se analiza la de la formación de una pseudoempalizada. Se discuten las similitudes y discrepancias entre el proceso de formación de la pseudoempalizada simulado y el real. Se discute en general la coherencia de la simulación, el parecido de la pseudoempalizada simulada con modelo basado en agentes y la desarrollada en laboratorio o simulaciones con modelo continuo.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado