Development of a computational bone re- modeling FE model integrating mechanos- tat theory considerations and homeostasis analysis.
La definición "remodelación ósea" se refiere a los complejos procesos mecano-biológicos que adaptan la estructura ósea en relación con los cambios de los estímulos mecánicos externos. Esta adaptabilidad es esencial para lograr cambios estructurales en los huesos, permitiendo man- tener un...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis de maestría |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2024 |
| País: | España |
| Institución: | Universidad de Sevilla (US) |
| Repositorio: | idUS. Depósito de Investigación de la Universidad de Sevilla |
| OAI Identifier: | oai:idus.us.es:11441/159508 |
| Acceso en línea: | https://hdl.handle.net/11441/159508 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Modelo de remodelación ósea Experimentación mecano-biológica in silico Teoría del mecanostato Tratamiento médico Bone remodeling model In silico mechano-biological experimentation Mechanostat Theory Homeostasis Medical treatments |
| Sumario: | La definición "remodelación ósea" se refiere a los complejos procesos mecano-biológicos que adaptan la estructura ósea en relación con los cambios de los estímulos mecánicos externos. Esta adaptabilidad es esencial para lograr cambios estructurales en los huesos, permitiendo man- tener un estado de equilibrio óptimo, resistiendo eficazmente a las nuevas fuerzas y a las nuevas condiciones de carga a las que está sometido el aparato esquelético. La importancia de los modelos biológicos computacionales está en constante aumento, a la par con la experimentación in silico, que fusiona los beneficios de los experimentos in vitro e in vivo, creando un ambiente virtual para simular procesos biológicos. Este tipo particular de simulaciones resulta ventajoso para la conducción de experimentos sobre procesos biológicos, evitando problemas relacionados con el tiempo requerido para los experimentos, reduciendo los costos y eliminando las preocupaciones éticas asociadas a la experimentación en animales vivos, al tiempo que crea un modelo que imita de cerca las condiciones in vivo. Un enfoque innovador ha sido realizado, en colaboración con la Universidad de Sevilla, para el desarrollo de un modelo FEM que pueda integrar también un complejo modelo computacional de remodelación ósea. El modelo computacional se basa en la investigación fundamental de los profesores Martínez Reina, Calvo Gallego y Pivonka, expandiendo su trabajo inicial de un solo elemento analizado, a un modelo FEM completo de un fémur. Escalar el modelo permite considerar condiciones de carga más complejas, habilitando una investigación detallada sobre su impacto en la estructura y el comportamiento óseo. El modelo presentado explora los complejos caminos de señalización que gobiernan la proliferación y las actividades de las poblaciones celulares, vinculando estos procesos biológicos a factores mecánicos como la densidad y deformaciones. Además, la tesis introduce dos algoritmos diseñados para establecer las condiciones iniciales en todo el modelo del fémur. Estos incluyen el desarrollo de una tabla que delinea las condiciones iniciales y la definición de la distri- bución inicial de densidad analizando la distribución en escala de grises derivada de una tomografía computarizada, proporcionando el uso de datos anatómicos precisos, para la inicialización de las simulaciones. La análisis utiliza la teoría del mecanostato y postula la homeostasis a lo largo del proceso de remodelación ósea para proporcionar un método respecto a la selección de la correcta distribución de densidad inicial y para la selección del parámetro τeq. Este parámetro establece esencialmente la posición de la curva del mecanostato para el modelo del fémur, determinando formación o reabsorción ósea. Además, destaca los resultados cruciales del análisis, trazando enlaces entre principios teóricos y sus implicaciones prácticas en la comprensión del comportamiento óseo en condiciones variables. El modelo de remodelación ósea aquí descrito sostiene el potencial para cerrar la brecha entre el análisis mecánico y aplicaciones en el ámbito farmacéutico. Su utilidad en la evaluación del impac- to de los tratamientos médicos personalizados será crucial, en particular para tratar condiciones médicas como la osteoporosis o estudiar tratamientos para la reparación de fracturas óseas. |
|---|