MODELAJE in silico DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE UN ERITROCITO HUMANO UTILIZANDO LA METODOLOGÍA DE ELEMENTOS FINITOS

 

D Dorta 1, S Agrazal 1, C Plazaola 2, M Zambrano 2, C Spadafora 3, G Gonzalez 2.

 

1. Universidad de Panamá, 2. Universidad Tecnológica de Panamá (UTP), 3. Instituto de Investigaciones Científicas y Servicios de Alta Tecnología

 

Investigaciones recientes demuestran que existe una relación entre las propiedades biomecánicas y biofísicas de la célula y la aparición y desarrollo de enfermedades, como el cáncer y enfermedades vasculares; de allí el interés por conocer las relaciones entre comportamiento celular y enfermedad.

El realizar experimentaciones para tal fin requeriría una inversión considerable de recursos, sin embargo, en base a la experiencia de áreas como la ingeniería se utilizan modelos computacionales para reducir los costos de diseño y prototipo; así es como, desde hace algunos años, se desarrollan modelos computacionales de sistemas biológicos para huesos, dientes u otros órganos, así como el modelado celular, el cual es mucho más complejo. De esta forma, se procura entender mejor los sistemas con muchísimo menos costos de experimentación.

En este trabajo se modela un eritrocito, que juega un papel vital en el transporte de oxígeno y dióxido de carbono y en la regulación del pH sanguíneo. Sus propiedades mecánicas, específicamente, la elasticidad y la deformabilidad, son indicadores de su estado normal y un cambio en sus valores nominales puede significar o degenerar en afecciones patológicas genéticas o adquiridas. Nos ocupamos de un eritrocito sano porque nos interesa conocer las propiedades de la célula que servirá como patrón de

referencia, para luego compararla con desviaciones de esas propiedades, las cuales

pueden ocurrir debido a influencias externas tales como las causadas por enfermedad o tratamientos médicos. Para realizar el modelado computacional utilizamos ANSYS, un software basado en el método de elementos finitos como técnica de análisis. La exhaustiva revisión bibliográfica sobre el modelado celular provee la información utilizada de base sobre las propiedades mecánicas del eritrocito sano, el cual es el objeto de este estudio. En base a la literatura revisada procedimos a la creación de la geometría la cual tiene una forma bicóncava. Luego, se seleccionaron varios modelos

de comportamiento material con el fin de establecer la descripción que más se ajusta a la respuesta física. El pre-proceso de la información prosiguió con el mallado, la introducción de las condiciones de frontera entre estas. Se incluyó la excitación (fuerza), se ejecutó la etapa de procesado y se realizó el post procesamiento para analizar la respuesta, para finalmente determinar las fuerzas y deformaciones.

Como resultado, se logra modelar un material biológico a nivel celular en el cual se observan deformaciones debidas a una excitación externa. Este tipo de modelaje nos ayuda a identificar qué tipo de daño ocurre a nivel celular por excitaciones externas o internas. Se abre un campo a trabajos futuros, como modelaje del eritrocito infectado, para estudiar los cambios en sus propiedades mecánicas y por consiguiente la respuesta a estímulos, en dicha condición y cómo esto puede afectar la salud de un ser humano.