Phase-field models of tumor growth with angiogenesis

• Ano de defesa: 2014
• Autor(a) principal: Lima, Ernesto Augusto Bueno da Fonseca
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Laboratório Nacional de Computação Científica; Serviço de Análise e Apoio a Formação de Recursos Humanos; BR; LNCC; Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional
• Palavras-chave em Português: Câncer - Modelos matemáticos; Cancer - Mathematical models; CNPQ::CIENCIAS DA SAUDE::MEDICINA::CLINICA MEDICA::CANCEROLOGIA
• Link de acesso: https://tede.lncc.br/handle/tede/180

Modelos matematicos e computacionais sao utilizados na compreensao de fenomenos complexos, sendo aplicados em diversas areas como engenharia, fisica e biologia. Na Medicina tem um importante papel na simulacao do tratamento e evolucao de algumas doencas, entre elas o cancer. O desenvolvimento de modelos computacionais para o crescimento tumoral se depara com desafios formidaveis. Modelos fenomenologicos que tentam capturar as complexas interacoes de multiplos tecidos e especies celulares devem lidar com interfaces em meios heterogeneos e as enormes incertezas dos parametros e suas evolucoes. Eles devem ser capazes de proporcionar predicoes consistentes com eventos que ocorrem em escalas celulares, e devem representar fielmente os mecanismos biologicos associados ao cancer. No presente trabalho, sao apresentados alguns modelos para o crescimento tumoral. Esses modelos inserem-se no ambito de modelos de campo de fase (ou interface difusiva) sugeridos pela teoria mistura. Esta metodologia preve o tratamento simultaneo de interacoes entre multiplos constituintes, como as celulas tumorais, celulas necroticas, nutrientes e outros tipos celulares e teciduais que existem e interagem em tecidos vivos. Neste trabalho, um modelo hibrido de campo de fases, de dez constituintes e desenvolvido para o crescimento tumoral vascular, que acopla o crescimento de tumores com crescimento de novos vasos sanguineos atraves da angiogenese. O modelo é capaz de representar a ramificacao de novos vasos atraves do acoplamento de um modelo discreto, no qual a angiogenese é iniciada mediante condicoes pre-definidas, relacionadas a privacao de nutrientes no modelo macroscopico. Tais condicoes sao representadas por celulas hipoxicas que liberam quimicos reponsaveis por induzir a angiogenese tumoral. A aproximacao numerica do modelo usando elementos finitos mistos é discutida. Considera-se tambem um modelo estocastico avascular de seis constituintes para o crescimento tumoral, derivado diretamente do modelo hibrido de dez constituintes. A estocasticidade vem de incertezas na modelagem dos parametros do modelo. Realiza-se uma analise de sensibilidade para identificar os parametros mais relevantes sobre o crescimento da massa tumoral. O modelo estocastico é entao desenvolvido tendo em conta a incerteza no parametro mais influente. A aproximacao numerica do modelo usando o metodo estocastico de Colocacao para tratar incertezas no sistema nao-linear é apresentada. Os resultados de varios experimentos numericos tambem sao apresentados e discutidos.