|
Modelizarea matematica multi scara a fenomenelor cuplate in medii poroase: aplicatie la remodelarea osoasa; cazul osului sanatos si patologic - RP7 |
|
 |
Obiectivul principal al proiectului
Acest studiu priveste comportamentul mecanic al tesutului osos, care are capacitatea de a se adapta diverselor solicitari mecanice la care este supus. Diversele patologii osoase (osteoporoza, fracturi, malformatii, etc.) facand dificila viata celui care este victima, dezvoltarea mijloacelor destinate a limita consecintele lor nefaste este un scop important al sanatatii publice. In ingineria tesuturilor, intelegerea fenomenelor legate de remodelajul osos in cazul reparatiei osoase (in cazul fracturilor spre exemplu) sau in cazul inaintarii in varsta, necesita modelizarea tesutului osos la toate nivelurile sale arhitecturale. Intr-adevar, acest tesut este un compozit natural mineralizat multi-scara. Complexitatea sa structurala si multi fazica face dificila intelegerea interactiunilor care exista intre elementele celulare, microstructura, continutul mineral si proprietatile mecanice. In legatura cu aceasta tematica si in scopul de a raspunde la o necesitate a societatii (legata de exemplu de problemele imbatranirii populatiei), propunem in cadrul acestui proiect, crearea unui model matematic care ne va permite sa avansam semnificativ in intelegerea acestor legi putin cunoscute care leaga efectele mecanice suportate de un tesut viu (cum este tesutul osos) de biologia celulara. Scopul nostru este de a studia si modeliza mecanismele fizice implicate in evolutia tesutului osos, atat in cazul remodelajului natural sau sub actiunea diverselor constrangeri mecanice sau sub actiunea implanturilor ortopedice. Aceste probleme, esentiale cand este vorba de tratamentul pacientilor osteoporotici sau de a inlocui de o maniera durabila articulatii deficiente, raman inca probleme deschise. Proiectul de cercetare prezent se inscrie in continuarea activitatilor precedente care aveau ca scop final modelizarea si simularea numerica a remodelajului osos. Dar, in stadiul actual, modelul nostru nu tine cont de faptul ca osul este un tesut viu care evolueaza in timp si isi modifica structura in functie de constrangerile mecanice la care este supus. Pentru a completa modelul nostru matematic si evaluarea biomecanica a acestuia, avem nevoie sa integram aceasta functionalitate de adaptare osoasa numita remodelaj osos. Remodelajul osos este fenomenul prin care osul adapteaza soliditatea sa in functie de constrangerea mecanica suportata nu numai prin modificarea structurala dar si prin schimbarea proprietatilor sale mecanice. Capacitatea unei celule osoase de a percepe stimulii mecanici (mecanotransductie) in scopul aducerii unui raspuns biologic eventual este asigurata de catre curgerea fluidului interstitial in jurul celulei. Obiectivul acestei cercetari consta in dezvoltarea unui model multi-scara integrand miscarea fluidului in structura corticala precum si interactiunile bio-chimice la nivel celular. Din punct de vedere matematic, acest studiu ar putea conduce la un model foarte interesant si extrem de complex.
Obiective generale
SiNuPrOs este o modelizare matematica multi-scara a osului cortical uman care poate fi utilizata in doua sensuri: de la nivel nanoscopic la nivel macroscopic (plecand de la o arhitectura, determinam proprietatile mecanice la fiecare nivel arhitectural al osului cortical) si de la nivel macro la nivel nano (plecand de la o solicitare mecanica la nivel macroscopic, regasim toate campurile fizice(constrangeri, deformatii, potential electric, etc.) la fiecare nivel). In cadrul acestui proiect vom dezvolta cercetarile noastre in jurul a cinci axe: dezvoltarea si adaugarea de noi potentialitati modelului existent; un studiu matematic al cuplajului fluid-structura; studiul matematic al distrugerii (degradarii) tesutului osos; cautarea unor modelizari pentru cateva cazuri patologice si o sinteza a rezultatelor obtinute. Prezentam in continuare aceste obiective. 1. Dezvoltarea modelului numeric existent prin adaugarea de noi module 2. Studiul matematic al cuplajului fluid-structura 3. Diseminarea rezultatelor partiale 4. Studiul matematic al degradarii osoase 5. Modelizarea catorva cazuri patologice 6. Valorificarea rezultatelor cercetarii
|
 |
|
 |
|
 |
|
 |
|
 |
|
 |
|
 |
|
 |
|