TAZ-PFC-2012-375

Modelo computacional de la migración celular en matrices 3D basado en estímulos químicos y mecánicos

Santos Antón, Javier
Borau Zamora, Carlos (dir.)

García Aznar, José Manuel (ponente)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2012
Departamento de Ingeniería Mecánica, Área de Mec. de Medios Contínuos y Teor. de Estructuras

Ingeniero Industrial

Resumen: El presente proyecto tiene como objetivo principal, el desarrollo de un modelo computacional 3D de la migración de una célula individual embebida en una matriz de gel. Con ello se pretende contribuir a la comprensión de los procesos subyacentes en este proceso, así como los diferentes estímulos que afectan al proceso general de la migración. Por otra parte se plantea ofrecer una plataforma de simulación de nuevos experimentos que contribuya a la obtención de unos mejores resultados y permita determinar de una forma predictiva cuáles serán las condiciones de ensayo más optimas. Este proyecto se enmarca dentro de un proyecto de investigación sobre el modelado computacional multiescala de la migración celular. En concreto el modelo aquí desarrollado ofrece un enfoque a escala celular, para lo que se lleva a cabo una discretización de la célula mediante vóxels. Esto posibilita el estudio de características referentes a la morfología de la célula como el factor de forma, el área de contacto célula matriz o la distribución de tensiones en la superficie celular. Al mismo tiempo, también permite el estudio de características propias de un modelo de migración a escala macro como son las velocidades o la distancias recorridas por la célula en el proceso migratorio. El proceso de migración celular se determina a través de la aparición/desaparición de los vóxels que constituyen la célula, al actualizarse la forma de la célula en el transcurso del tiempo se computa la migración como el cambio de situación del centroide geométrico del conjunto de elementos que la constituyen. Las funciones que rigen la aparición/desaparición de vóxels recogen los estímulos que condicionan la migración celular en matrices 3D. En este modelo, de los múltiples estímulos que pueden condicionar la migración celular se han tenido en cuenta los factores mecánicos (mechanotaxis), químicos (chemotaxis) y de flujo. La mechanotaxis se implementa mediante un modelo de mechano-sensing basado en un trabajo anterior, según el cual la célula contrae su citoesqueleto y ejerce fuerzas sobre la matriz extracelular (ECM) en función de las propiedades de la misma. Los estímulos químicos y de flujo, se obtienen mediante la simulación de un dispositivo microfluídico utilizando para ello las condiciones de un experimento real. Los resultados obtenidos son postprocesados ofreciéndose diferentes modos de visualización entre los que destacan representaciones animadas de la célula migrando a través de la ECM. Estas animaciones muestran a la vez el estado tensional, así como la morfología de la célula en cada instante.