1. AGREGADOS CELULARES: MODELANDO PROCESSOS BIOLÓGICOS Gilberto L. Thomas LABCEL Instituto de Física - UFRGS

2. Resumo: Física e Biologia/Medicina? Somitogenese – crescimento do tailbud Fusão de agregadoscelulares Organ Printing

3. FísicanaBiologia e Medicina?? MAX DELBRÜCK Físicoquetornou-se biólogo http://www.nndb.com/people/ 348/000129958/max-delbruck.jpg http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/snowbird/prefaces/essay_delbrueck.htm A Physicist's Renewed Look at Biology –Twenty Years Later http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1969/delbruck-lecture.html Buttrick Hall, Vanderbilt University http://en.wikipedia.org/wiki/Max_Delbrück

4. Biologia de Sistemas http://www.uib.no/rg/mic/nyheter/2009/07/new-bioimaging-informatics-effort-at-mic http://www.abdn.ac.uk/dsb/ Biologia de Sistemasé o estudo de um organismovistocomoumarede de genes, proteínas e reaçõesbioquímicasintegradas e interagentesquedãoorigem à vida. http://www.systemsbiology.org/intro_to_isb_and_systems_biology/systems_biology_--_the_21st_century_science http://www.cdb.riken.jp/lsb/outline/index.html http://www.mycib.ac.uk/ http://www.csbb.ntu.edu.tw/speech070626.php

5. O Modelo de Potts CelularGraner e Glazier, Physical Review Letters 69, 2013-2016 (1992) Glazier e graner, Physical Review E 47, 2128-2154 (1993) agora conhecidocomo Modelo de Glazier – Graner – Hogeweg Single-Cell-Based Models in Biology and Medicine ed. by A.R.A. Anderson, M.A.J. Chaplain, K.A. Rejniak Mathematics and Biosciences in Interaction, 79–106,151-167 2007 Birkh¨auser Verlag Basel/Switzerland

6. Sucesso com tecidos e espumas:

8. Dinâmica do modelo: minimização da energia do sistema Escolha um sítio i e um 1º vizinho j. Se si ≠ sj , suponha si = sj e calcule a energia dessa configuraçao proposta. A troca é aceita com 1 MCS = número de escolhas igual ao tamanho da rede.

9. Interação “célula – célula” t tipoda “célula” HipótesedaAdesãoDiferencial M. Steinberg, Science, 141, 401 (1963)

10. Vínculosgeométricos: viesivolume e área superficial da “célula” i ls, lvelasticidade, compressiblidade (  MITOSE CELULAR )

11. Polaridadecelular Movimentocorrelacionado Quemotaxis

12.  Matrizextracelular “Tipo” especial de “célula” talque vi= valvo , sempre. MEC é produzidooueliminadoporcélulas viaumentaoudiminuiigualmente

13. Somitogênese

14. Somitogênese http://www.biozentrum.uni-uerzburg.defileadminREPORTPC1 www.accessscience.com/popup.aspx?figID=YB052170FG0010&id=YB052170&name=figure

15. Somitogênese http://universe-review.ca/R10-33-anatomy.htm http://www.youtube.com/watch?v=JmLhEd73jRw&feature=player_embedded

16. Somitogênese:relógio + gradientesquímicos

17. Somitogênese: diferenciaçãocelular Julio M Belmonte, Susan Hester, John S Gens, Sherry Clendenon, James A Glazier. , IU Biocomplexity Institute , Submetidoparapublicação.

18. Somitogenesis: botão caudalJM Belmonte, GL Thomas e JA Glazier http://www.landesbioscience.com/curie/images/chapters/Winckler1color.jpg Linha Primitiva – células vindas do epiblasto Notocorda – mitose na parte posterior (principal) – mitose lateral (secundary)

20. interact similarly to liquids;

21. interesting physical properties; simultaneously elastic, viscous, and plastic ones;

22. model for tumors;

24. Fusão de agregadoscelulares:experiments Marmottantet al., PNAS, 2009, 106, 17271

26. não com oexpoentecorreto

27. viscosidade?

28. inércia?

31. Nova tecnologia: Organ priting “a biomedical application of rapid prototyping technology or layer by layer additive biofabrication of functional tissue engineered construct using self-assembling tissue spheroids ”

32. Road Map for Organ Printing

33. Organ printing…JC Mombach , V Mironov, A Nagy-Mehesz, JP Rieu, GL Thomas Modelagemmatemáticaemcombinação com simulaçõescomputacionais é umaferramentapoderosaquepodefornecerimportantesinsightssobreosmecanismosfísicos; todo o processo de organ printingpode se feitoin silicousando-se simulaçãocomputacional; masprecisamos de mais dados experimentais!

34. Fusão: novos dados experimentais tumor cells, stem cells and epithelial cells Scale bar: 0h 4h 8h 12h 17h 20h 24h 28h 50h 500 μm V. Mironov, Med.Un. S. Caroline

36. Organ printing … http://www.musc.edu/bioprinting/html/how_to_.html

37. Organ printing… A fusão dos esferóidespode ser matematicamentemodelada e visualizadausando-se simulaçãocomputacionalem 3D; Verificaram-se similaridades entre a fusão de esferóidesin vitro (experimentosbiológicos) e in silico(simulaçõescomputacionais); Abre-se umaoportuniadeúnicapara a modelagemsistemática e a simulaçãocomputacionalparatodo o processo de organ printing; O estudodesseprocessoin silicopode ser usadopara a otimização do real processo de bioprinting.

38. Obrigado!