Reconstrução numérica de citoesqueleto

Resumo

Aspectos mecânicos relacionados à atividade celular e seu ambiente estão cada vez mais em evidência devido à sua influência na diferenciação de células-tronco e no desenvolvimento de diversas patologias, como arteriosclerose. A manutenção da homeostase da tensão mecânica da célula está relacionada com o funcionamento normal do tecido, e a sua ausência pode estar relacionada com a formação do câncer, que apresenta uma tensão mecânica mais elevada. Devido à complexidade dos processos celulares, a aplicação de modelos simplificados pode esclarecer quais fatores são realmente essenciais e quais influenciam apenas marginalmente. O estabelecimento de um método sistemático para a reconstrução dos elementos envolvidos na percepção de aspectos mecânicos pela célula pode acelerar substancialmente a validação desses modelos. Este projeto propõe o desenvolvimento de um algoritmo capaz de reconstruir a topologia de adesões focais e da actina-miosina do citoesqueleto a partir dos deslocamentos exercidos pela célula sobre um substrato flexível. De certo modo, o algoritmo reconstruirá as forças aplicadas pela célula a partir da medição dos deslocamentos do substrato, o que constitui um problema inverso. Para esse tipo de problema, a aplicação do Método de Otimização Topológica (MOT) é vantajosa. O MOT consiste em aplicar iterativamente um método de otimização com um método de análise, para obter uma distribuição ótima de material em um domínio fixo. Os deslocamentos do substrato serão obtidos experimentalmente utilizando a técnica de "Traction Force Microscopy" (TFM), que também fornece as forças aplicadas pela célula. Além de gerar sistematicamente as distribuições de adesões focais e actina-miosina para a validação de modelos simplificados, o algoritmo também representa uma abordagem complementar à TFM de viés mais fenomenológico.