Grupo de Engenharia Genômica
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23 de abril de 2014
CFD
Fluidodinâmica computacional como uma ferramenta de engenharia biomédica

 

Modelagem e simulação empregando ferramentas da fluidodinâmica computacional (CFD) têm permitido a visualização e a predição de fenômenos físicos relacionados ao escoamento nas mais diversas áreas do conhecimento.

 

Recentemente tem sido amplamente utilizada em aplicações médicas, farmacêuticas e biomédicas visando analisar, por exemplo, 

·         Processos de manufatura

·         Desempenho de dispositivos médicos

·         Escoamento fisiológico

·         Interações fluido-estrutura

·         Eficiência de sistemas eluidores de drogas 

Uma das principais aplicações atuais de CFD na área biomédica envolve o estudo de aspectos relacionados aterosclerose. 

Aterosclerose é um termo genérico para descrever o espessamento e o endurecimento de vasos sangüíneos, doença responsável pela maioria dos casos de infarto cerebral e do miocárdio. A aterosclerose figura atualmente como a principal causa de morte no mundo ocidental.  

Com o avanço da doença, as artérias terminam por sofrer complicações, tais como: calcificações e ulcerações da superfície do endotélio em contato com o sangue, que podem induzir ruptura das placas de ateroma, com o consequente afluxo para a corrente sangüínea dos detritos desta ruptura, os quais terminam por causar microembolias e formação de trombos (uma das mais temidas complicações que podem ocluir o lúmen arterial). 

As principais formas de intervenção cirúrgica que existem atualmente com o intuito de corrigir tais desordens incluem as pontes de safena e de mamárias, a angioplastia de expansão de balão, e o implante de "stents". A angioplastia e o implante de stents, por utilizarem técnicas minimamente invasivas, estão se tornando as práticas mais comuns. 

A função fundamental de um stent é estrutural, para proporcionar uma armação de modo a manter o lúmen arterial aberto e adequado para o escoamento sanguíneo.  

O mercado total de stents é estimado na ordem de US$ 5 bilhões por ano. Entretanto, mesmo com todo o seu potencial clínico e os desenvolvimentos já alcançados, o projeto de stents de nova geração requer contínuos avanços científicos e tecnológicos. As características da superfície e do material do stent, bem como sua geometria, influenciam de forma decisiva sua interação com o organismo.  

Trabalhos que vem sendo realizados no Laboratório de Tecnologias Integradas visam a construção de modelos matemáticos realistas e a simulação numérica do escoamento sanguíneo, na presença de estruturas vasculares, especificamente de stents farmacológicos, empregando técnicas de CFD. Estes estudos visam a análise dos padrões de escoamento e dos fenômenos de transferência de massa em stents eluidores de drogas, e a conseqüente avaliação da influência destas estruturas sobre o tecido arterial, com a intenção de subsidiar estudos de melhoria de desempenho, visando o projeto de stents de nova geração.

Um estudo inicial no Grupo de Engenharia Genômica foi realizado com o objetivo de analisar os padrões de escoamento criados pela presença de um stent trançado. As visualização do escoamento são facilitadas pelos métodos de fluidodinâmica computacional (CFD) empregados. Os estudos com CFD foram realizados com o intuito de elucidar os detalhes dos padrões de escoamento próximos à parede do vaso. Estas informações proporcionaram um melhor entendimento a respeito do modo como a presença do stent afeta o escoamento proximal, distal e no interior do stent, e como estes padrões de escoamento podem estar relacionados com a formação da placa de aterosclerose.  

Os trabalhos em desenvolvimento atualmente no grupo envolvem a interligação dos resultados obtidos com o modelo de CFD com um modelo do ciclo celular implementado em Matlab® que visa representar a ação do paclitaxel, um agente antiproliferativo utilizado como base em stents farmacológicos, sobre o ciclo celular.

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