Modelo de múltiplas escalas para a dinâmica de crescimento de estruturas biológicas ramificadas

Abstract

A caracterização de estruturas fractais e a busca por mecanismos ou regras universais para descrição de diversos fenômenos não-linares fez com que a comunidade científica se voltasse para uma área que pode ser considerada uma das pioneiras na interdiciplinaridade: os Sistemas Complexos. Praticamente toda disciplina possui em seu domínio fenômenos complexos. Uma das linha de destaque dessa área são as simulações em autômatos celulares, principalmente quando voltada para estudos de auto-organização em seres vivos. O presente trabalho propõe uma modelagem em autômatos celulares para simulação de crescimento de estruturas ramificadas no organismo animal guiadas pelas interações características da migração celular. Nosso modelo foi baseado na angiogênese e na neurôgenese, estruturas que são aparentemente distintas, mas que na verdade pertencem a um mesmo grupo se classificados quanto às regras de interações locais e seus comportamentos emergentes. Esse modelo pode ser de grande utilidade no estudo de doenças relacionadas ao sistema nervoso e de terapias de combate ao câncer.

The characterization of fractals and the search for general rules and mechanisms for description of non-linear phenomena brought the attention of the scientific community to the interdisciplinary area of complex systems. Complex phenomena can be found in almost every branch of natural science. One example is the simulation using cellular automata of self-organization in life. This work focuses on cellular automata models to simulate the growth of branched structures in animal body guided by the characteristics of interactions in cell migration. Our models are guided by the dynamics of angiogenesis and neurogenesis, apparently two different mechanisms that can be classified under the same rules regarding local interactions and emergent behaviors. The proposed models can be very useful in studies of neurological diseases and cancer therapies.