Anel de partículas ativas : emergencia da coletividade, difusão e morfologia

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Teixeira, Emanuel Fortes
• Orientador(a): Brunnet, Leonardo Gregory
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Dinamica celular; Automatos celulares; Movimento browniano
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/231321

Sistemas ativos são formados por entidades autônomas que absorvem individualmente energia (nutrientes, alimento) do meio para posteriormente convertê-la em energia cinética e moverem-se com movimento persistente (autopropulsão). Células nos tecidos vivos são entidades ativas que desempenham o papel prescrito pelo sistema bioquímico subjacente. Morfogenese, cicatrização e evolução de tumores são processos essenciais em organismos vivos e motivam a pesquisa sobre fenômenos relacionados à organização multicelular. Ideias que explicam a segregação celular, como Adesão Diferencial e Diferença de Velocidades foram simuladas baseadas em modelos de partículas ativas pontuais. Contudo, hipóteses mais sofisticadas que levem em consideração a tensão cortical de células, tal como a Contração Superficial, não podem ser exploradas usando esses modelos. Além de modelos simples, como partículas corre-e-cai (no original em inglês, “run and tumble” - RTP) ou partículas Brownianas ativas (“active Brownian particles” - ABP), que podem ser usados para abordar questões gerais sobre o comportamento coletivo, cada fenômeno e modelado usando diferentes ingredientes levando em consideração uma fenomenologia específica. Nesse contexto, o Modelo de Vértices, que descreve tecidos confluentes, ou o Modelo Celular de Potts, tornaram-se notórios ao modelar o comportamento celular. Nesse trabalho, apresentamos um modelo de célula extensa para sistemas ativos capaz de contemplar muitas características de outros modelos, ao mesmo tempo em que mantem sua simplicidade e apelo físico. Um anel formado por partículas Brownianas ativas conectadas por molas e sujeitas a um potencial de curvatura representam uma célula individual. Movimento translacional, rotacional e alternado (translacional e rotacional) aparecem como estados de movimento coletivo. Usando os resultados analíticos conhecidos da difusão de partículas Brownianas ativas, identificamos os tempos característicos dos movimentos balístico e difusivo do anel ativo. A investigação do efeito de tamanho finito mostra que a difusão do anel cresce linearmente com o número de partículas quando o sistema esta em uma estado de movimento coletivo translacional. Além disso, investiga-mos as mudanças de forma e tamanho do anel utilizando o tensor de giração. Por meio da análise da morfodinâmica do anel, observamos que os estados de movimento coletivo mantém-se quando as forças de curvatura são fracas. Neste caso, quando há movimento translacional, as velocidades das partículas alinham-se na direção de maior comprimento do anel, emergindo assim, uma polarização.