Desenvolvimento de um laboratório virtual de softwares de alto desempenho para simulação de nanoterapias

• Processo: 18/22102-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Capacitação - Treinamento Técnico
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2018
• Data de Término da vigência: 31 de maio de 2019
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Ciência da Computação - Metodologia e Técnicas da Computação
• Pesquisador responsável: Walter Humberto Zavala Cárdenas
• Beneficiário: Alexsandro Alves Luz
• CNAE: Desenvolvimento de programas de computador sob encomenda ; Pesquisa e desenvolvimento experimental em ciências físicas e naturais ; Atividades de serviços de complementação diagnóstica e terapêutica
• Vinculado ao auxílio: 17/22876-6 - Desenvolvimento de um laboratório virtual de softwares de alto desempenho para simulação de nanoterapias, AP.PIPE
• Assunto(s): Nanomedicina Neoplasias Nanopartículas magnéticas Equações diferenciais parciais Simulação Tecnologia da informação Computação científica Computação em nuvem
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: câncer | Equações Diferenciais Parciais | Método de Elementos Finitos | Nanomedicina | nanopartículas magnéticas | Simulação | Tecnolgia de Informação aplicada à medicina.

Resumo

Recentemente tem-se despertado muito interesse na comunidade científica e empresarial pela computação em nuvem para enfrentar novos desafios de requisitos computacionais cada vez mais exigentes e para o tratamento de dados cada vez mais volumosos. Além das infraestruturas computacionais em clusters e grids, voltados principalmente para simulações científicas de alto desempenho, a computação em nuvem vem fornecendo também recursos computacionais de alto desempenho com alta escalabilidade, armazenamento e dinamismo. Essa flexibilidade de alocação de recursos computacionais é o que mais atrai às principais comunidades científicas e empresariais optar em migrar suas aplicações ao paradigma nuvem. A aplicação das Tecnologias da Informação (TI) na medicina se projeta como umas das promissoras ferramentas num futuro próximo para o planejamento e monitoramento do desenvolvimento dos processos terapêuticos através da modelação, simulação e otimização computacional de biomodelos. A modelação dos processos envolvidos durante uma terapia; tais como: Transferência de Calor, Dinâmica Molecular, Crescimento de Tumores, Marcação de Células Tumorais, entre outras, podem ser obtidos, se descrito por uma formulação matemática, sendo na maioria dos casos possíveis, através de uma Equação Diferencial Parcial (EDP). Aplicando métodos numéricos para a resolução da EDP, obtêm-se um sistema de equações lineares ou não lineares que são resolvidas computacionalmente procurando as incógnitas do sistema. Simular um processo terapêutico o mais realístico possível acarreta um gasto computacional enorme, pelo que na maioria das situações se torna necessário o uso de infraestruturas computacionais de alto desempenho e desenvolvimento de TI voltados para este tipo de arquiteturas, de modo a garantir tempos aceitáveis na execução das simulações. A proposta deste projeto fornece novas ferramentas nanotecnológicas e TI de alto desempenho para aplicação à medicina. Tendo como perspectivas em longo prazo o desenvolvimento de um laboratório virtual em nuvem de um acervo de rotinas e softwares baseados em processamentos paralelos via CPU e GPU para a simulação, otimização, planejamento e monitoramento de nanoterapias, assim como para o design e avaliação de novos nanomateriais na medicina, especificamente na medicina oncológica. Permitindo as instituições acadêmicas/empresarial, startups, cientistas, engenheiros, médicos e pesquisadores autônomos poderem alavancar seus projetos/pesquisas de nanotecnologia aplicada produzindo avanços nanotecnológicos importantes na área da saúde que impactaram diretamente no melhoramento da qualidade de vida das pessoas. O desenvolvimento da área nanotecnológica encontra-se em fase de crescimento e tem capturado o interesse de empresas, instituições, governos e inversionistas interessados em procurar e desenvolver novas propriedades e aplicações dos nanomateriais nas diferentes esferas, especialmente na área da medicina, apresentando-se como um mercado promissor na qual nosso projeto se enquadra perfeitamente e deverá contribuir ao desenvolvimento do Brasil dentro das perspectivas do programa Saúde 4.0 direcionadas para essa inovadora área nanotecnológica. Para esta primeira fase, pretende-se demonstrar a viabilidade da computação científica em nuvem, desenvolvendo-se um software para a simulação, planejamento e monitoramento da nanoterapia por Magneto Hipertermia (MH) para o tratamento de tumores. Os importantes avancem em TI, aqui propostos, a serem alcançados, deverão contribuir no desenvolvimento de sistemas de diagnoses e tratamentos terapêuticos para o melhoramento da qualidade de vida das pessoas, contribuindo em importantes avances para a tecnologia médica e saúde do Brasil. Assim, propõe-se o presente projeto de pesquisa, desenvolvimento e inovação (PD&I): DESENVOLVIMENTO DE UM LABORATÓRIO VIRTUAL DE SOFTWARES DE ALTO DESEMPENHO PARA SIMULAÇÃO DE NANOTERAPIAS.