Ponente
Descripción
Tecidos e órgãos simulados em microfluídica emergiram nas últimas décadas como uma importante alternativa tecnológica para estudos farmacocinéticos, farmacodinâmicos, avaliação de dispositivos médicos e aplicações em medicina personalizada (Nunes, G.A.M.A. et al., Biomimetics 10, 524, 2025).
A plataforma Organ-on-a-chip CHIP-Eny, desenvolvida na Universidade de Brasília (patente nº BR 20 2025 004913 4), representa uma ferramenta promissora para investigação de respostas angiogênicas e de microcirculação vascular.
O CHIP-Eny foi projetado para manter padrões de fluxo laminar organizados sob condições dinâmicas controladas, utilizando uma microarquitetura bioinspirada em lesões crônicas associadas ao pé diabético.
O pé diabético representa uma das complicações mais graves do diabetes mellitus, estando associado à redução da perfusão tecidual, alterações microcirculatórias, deficiência angiogênica e comprometimento do processo de cicatrização (da Silva, A.K.A. et al., PLoS One 21, e0328278, 2026). Segundo a International Diabetes Federation (IDF), aproximadamente 589 milhões de adultos viviam com diabetes em 2025, com projeções indicando crescimento substancial nas próximas décadas, reforçando o impacto epidemiológico e socioeconômico da doença.
Embora métodos clínicos como o índice tornozelo-braquial (ITB) sejam amplamente utilizados para avaliação vascular periférica em diabéticos, essas abordagens apresentam limitações importantes na representação de fenômenos hemodinâmicos associados à microcirculação capilar. O ITB é definido por:
$$ ABI = \frac{P_{tornozelo}}{P_{braquial}} $$ Apesar de sua aplicabilidade clínica, o ITB não contempla adequadamente parâmetros relacionados à resistência vascular periférica, complacência capilar e dinâmica do fluxo em microvasos. Neste estudo, propõe-se um cross-link translacional entre um modelo matemático da microcirculação associada ao pé diabético e a plataforma microfluídica CHIP-Eny. O modelo computacional foi desenvolvido utilizando Bond Graph (BG), representando o sistema vascular por meio de um circuito elétrico equivalente (modelo de Windkessel) composto por resistência, capacitância e inertância, permitindo a descrição integrada da impedância ($Z_t$) hemodinâmica do sistema (da Silva, A.K.A. et al., Bioengineering 12, 206, 2025): $$ Z_t = R_1 + i\omega L + \frac{R_2}{1+iR_2\omega C} $$ Onde $\omega$ representa a frequência angular relacionada à frequência cardíaca, que introduz uma entrada senoidal no circuito. A dinâmica temporal do sistema foi descrita por equações em espaço de estados: $$ \dot{x}(t)=Ax(t)+Bu(t) $$ $$ y(t)=Cx(t)+Du(t) $$ onde $$ \begin{bmatrix} \dot{v}_1 \\ \dot{i}_2 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} -\frac{1}{R_2C} & \frac{1}{C} \\ -\frac{1}{L} & -\frac{R_1}{L} \end{bmatrix} \begin{bmatrix} v_1 \\ i_2 \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} 0 \\ \frac{1}{L} \end{bmatrix} v_{in} $$ $$ v_{out} = \begin{bmatrix} 1 & 0 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} x_1 \\ x_2 \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} 0 \end{bmatrix} v_{in} $$ Os parâmetros do modelo foram ajustados utilizando o algoritmo Particle Swarm Optimization (PSO), minimizando a função objetivo: $$ argmin(OF = \int_{0}^{T}{e^2(t)dt} + \int_{0}^{T}{te^2(t)dt}) $$ \begin{equation} argmin(OF = \int_{0}^{T}{e^2(t)dt} + \int_{0}^{T}{te^2(t)dt}) \end{equation} No sistema dinâmico perfundido no chip, observou-se aumento expressivo do sprouting, alcançando aproximadamente $7,0 \times 10^{5}$ unidades, sugerindo que o ambiente microfluídico favorece mecanismos associados à reorganização microvascular e angiogênese.
As análises in silico demonstraram comprometimento da microcirculação, em concordância com os achados observados no CHIP-Eny. Essa integração estabelece uma alternativa mais ética, translacional e de maior complexidade fisiológica em comparação aos modelos experimentais tradicionais.