5–9 de octubre de 2026
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Análise Hemodinâmica Circulatória da Plataforma CHIP-Eny por Modelagem Bond Graph e PSO: Uma Abordagem Multiescala In Silico-Biológica

9 oct 2026, 14:30
1h 30m
Bloque I/1-2 - I02 (FPUNA)

Bloque I/1-2 - I02

FPUNA

70
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Poster Técnicas computacionales para la biología y la medicina Sesión de Poster 4

Ponente

Ana Karoline Almeida da Silva (Universidade de Brasília)

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.

Autores

Ana Karoline Almeida da Silva (Universidade de Brasília) Dr. Suélia de Siqueira Rodrigues Fleury Rosa (Cornell University e Universidade de Brasília)

Coautores

Dr. Gustavo Adolfo Marcelino de Almeida Nunes (Universidade de Brasília) Dr. Mário Fabrício Fleury Rosa (Universidade de Brasília) Sr. Mário Rodrigues Fleury Rosa (Boston University) Dr. Rafael Mendes Faria (Instituto Federal do Triângulo Mineiro) Sra. Tamara Barbosa Tavares (Universidade de Brasília)

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