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VIDA A FÍSICA DOS SISTEMAS BIOLÓGICOS

Figura 3: A) Modelo de agentes da evolução A B
de um carcinoma mamário num ducto, 30 dias
após o inicio do seu desenvolvimento (corte C
na diagonal e corte na direção longitudinal).
Pode-se ver uma região necrótica a amarelo,
onde as células tumorais estão mortas por
falta de irrigação (figura da referência [5]
reproduzida com permissão). B) Evolução do
crescimento de uma colónia celular bidimen-
sional usando o modelo de vértices (figura da
referência [6] reproduzida com permissão).
C) Três exemplos de modelos de interface di-
fusa em biologia. Simulação da migração de
uma célula num meio constituído por fibras,
de forma a estudar a sua velocidade em fun-
ção da densidade de fibras e da adesão da
célula às fibras (em cima, à esquerda, figura
da referência [7] reproduzida com permis-
são). Simulação do desenvolvimento de um
tumor da próstata, simulado na geometria
da próstata de um paciente (em cima, à dire-
ita, figura da referência [8] reproduzida com
permissão). Simulação do desenvolvimento
vascular de forma a estudar a influência da
taxa de proliferação e migração das células
dos vasos na morfologia da rede e na sua
capacidade de irrigação (em baixo, figura da
referência [9] reproduzida com permissão).

líquidos e matéria mole até ao estudo de fraturas e à gação de epidemias. A física é prevalente no funcionamen-
dinâmica de misturas de diferentes líquidos. Na Fig. 2C são to de sistemas biológicos e o estudo quantitativo destes
apresentados exemplos de modelos de interface difusa processos pode fazer a diferença no aumento de qualidade
aplicados à migração de uma célula através de uma matriz de vida da população
de fibras, ao crescimento de um carcinoma da próstata e
ao desenvolvimento de uma rede vascular capaz de irrigar Referências:
um tecido.
[1] Takamori, Shigeo, Matthew Holt, Katinka Stenius, Edward A. Lemke,
A criação destes modelos quantitativos serve diferentes Mads Grønborg, Dietmar Riedel, Henning Urlaub et al. "Molecular anato-
objetivos. Antes de mais, estes modelos ajudam a entender my of a trafficking organelle." Cell 127 (2006): 831-846.
como os processos físicos interagem com a biologia e a [2] Szwedziak, Piotr, Qing Wang, Tanmay AM Bharat, Matthew Tsim, and
bioquímica em cada sistema específico. Permitem, assim, Jan Löwe. "Architecture of the ring formed by the tubulin homologue FtsZ
compreender melhor o sistema, descobrir novos meca- in bacterial cell division." eLife 3 (2014): e04601.
nismos e propor novos métodos para regular e controlar a [3] Guidi, Giulia, Lorenzo Di Tucci, and Marco D. Santambrogio. "Profax: A
evolução dos sistemas biológicos. Estes modelos começam hardware acceleration of a protein folding algorithm." In 2016 IEEE 2nd
também hoje em dia a ser aplicados em soluções de me- International Forum on Research and Technologies for Society and Indus-
dicina de precisão, onde auxiliam o médico a escolher uma try Leveraging a better tomorrow (RTSI), pp. 1-6. IEEE, 2016.
terapia individualizada, adequada ao desenvolvimento da [4] Sankar, Savita, Emily R. Theisen, Jared Bearss, Timothy Mulvihill, Laura
doença em cada paciente. M. Hoffman, Venkataswamy Sorna, Mary C. Beckerle, Sunil Sharma, and
Stephen L. Lessnick. "Reversible LSD1 inhibition interferes with global
O estudo de sistemas biológicos de forma quantitativa EWS/ETS transcriptional activity and impedes Ewing sarcoma tumor
é um tópico desafiante e interdisciplinar. Observa-se que growth." Clinical cancer research 20 (2014): 4584-4597.
cada vez mais são necessários físicos nos laboratórios [5] Ghaffarizadeh, Ahmadreza, Randy Heiland, Samuel H. Friedman, Shan-
de biologia celular e molecular para ajudar na interpre- non M. Mumenthaler, and Paul Macklin. "PhysiCell: An open source phys-
tação e modelação dos resultados laboratoriais. Neste ics-based cell simulator for 3-D multicellular systems." PLoS Computa-
tipo de trabalho, são necessários conhecimentos de física, tional Biology 14 (2018): e1005991.
matemática, biologia, computação e, por vezes, um pouco [6] Lin, Shao-Zhen, Bo Li, and Xi-Qiao Feng. "A dynamic cellular vertex
de bioquímica. O desafio proposto é imenso, pois frequente- model of growing epithelial tissues." Acta Mechanica Sinica 33 (2017):
mente as reações e mutações que acontecem dentro de 250-259.
uma única célula podem determinar o crescimento de todo [7] Moreira-Soares, Maurício, Susana P. Cunha, José Rafael Bordin, and
um tecido. Deste modo, processos que ocorrem a diferen- Rui DM Travasso. "Adhesion modulates cell morphology and migration
tes escalas têm de se ter em conta. Métodos de física within dense fibrous networks." Journal of Physics: Condensed Matter
de sistemas fora do equilíbrio são também essenciais para 32 (2020): 314001.
descrever de forma quantitativa a interação entre espé- [8] Lorenzo, Guillermo, Michael A. Scott, Kevin Tew, Thomas JR Hughes,
cies diferentes, a evolução de um ecossistema e a propa- Yongjie Jessica Zhang, Lei Liu, Guillermo Vilanova, and Hector Gomez.
"Tissue-scale, personalized modeling and simulation of prostate cancer
growth." Proceedings of the National Academy of Sciences 113 (2016):
E7663-E7671.
[9] Moreira-Soares, Maurício, Rita Coimbra, Luís Rebelo, João Carvalho,
and Rui DM Travasso. "Angiogenic Factors produced by Hypoxic Cells are
a leading driver of Anastomoses in Sprouting Angiogenesis–a computa-
tional study." Scientific Reports 8 (2018): 1-12.

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