p Modelos de computador desenvolvidos por matemáticos da Brown University mostram novos detalhes sobre o que acontece dentro de um glóbulo vermelho afetado pela doença falciforme. Os pesquisadores disseram que esperam que seus modelos, descrito em um artigo no Biophysical Journal , ajudará na avaliação de estratégias de drogas para combater o distúrbio genético do sangue, que afeta milhões de pessoas em todo o mundo. p A doença falciforme afeta a hemoglobina, moléculas dentro dos glóbulos vermelhos responsáveis ​​pelo transporte de oxigênio. Em glóbulos vermelhos normais, a hemoglobina é dispersa uniformemente pela célula. Nos glóbulos vermelhos falciformes, hemoglobina mutada pode polimerizar quando privada de oxigênio, montando-se em longas fibras de polímero que empurram contra as membranas das células, forçando-os fora de forma. O duro, células malformadas podem se alojar em pequenos capilares por todo o corpo, levando a episódios dolorosos conhecidos como crise das células falciformes.

p "O objetivo do nosso trabalho é modelar a forma como essas fibras de hemoglobina falciforme se formam, bem como as propriedades mecânicas dessas fibras, "disse Lu Lu, um Ph.D. estudante na Divisão Brown de Matemática Aplicada e principal autor do estudo. "Havia modelos separados para cada uma dessas coisas desenvolvidos individualmente por nós, mas isso os reúne em um modelo abrangente. "

p O modelo usa dados biomecânicos detalhados sobre como as moléculas de hemoglobina falciforme se comportam e se ligam umas às outras para simular a montagem de uma fibra de polímero. Antes deste trabalho, o problema era que, à medida que a fibra cresce, o mesmo acontece com a quantidade de dados que o modelo deve processar. Modelar uma fibra de polímero inteira em escala celular usando os detalhes de cada molécula era simplesmente muito caro em termos computacionais.

p "Mesmo os supercomputadores mais rápidos do mundo não seriam capazes de lidar com isso, "disse George Karniadakis, professor de matemática aplicada na Brown e autor sênior do artigo. "Há muita coisa acontecendo e nenhuma maneira de capturar tudo computacionalmente. Isso é o que fomos capazes de superar com este trabalho."

p A solução dos pesquisadores foi aplicar o que eles chamam de esquema de resolução adaptativa mesoscópica ou MARS. O modelo MARS calcula a dinâmica detalhada de cada molécula de hemoglobina individual apenas em cada extremidade das fibras poliméricas, onde novas moléculas estão sendo recrutadas para a fibra. Uma vez que quatro camadas de uma fibra foram estabelecidas, o modelo retorna automaticamente a resolução na qual representa aquela seção. O modelo retém informações importantes sobre como a fibra se comporta mecanicamente, mas ignora os pequenos detalhes de cada molécula constituinte.

p "Ao eliminar os pequenos detalhes onde não precisamos deles, desenvolvemos um modelo que pode simular todo esse processo e seus efeitos em um glóbulo vermelho, "Karniadakis disse.

p Usando as novas simulações MARS, os pesquisadores conseguiram mostrar como diferentes configurações de fibras poliméricas em crescimento são capazes de produzir células com formatos diferentes. Embora a doença receba esse nome porque faz com que muitos glóbulos vermelhos assumam a forma de foice, na verdade, há uma variedade de formas celulares anormais presentes. Esta nova abordagem de modelagem mostrou novos detalhes sobre como diferentes estruturas de fibra dentro da célula produzem diferentes formas celulares.

p “Somos capazes de produzir um perfil de polimerização para cada um dos tipos de células associados à doença, "Karniadakis disse." Agora o objetivo é usar esses modelos para procurar maneiras de prevenir o aparecimento da doença. "

p Existe apenas um medicamento no mercado que foi aprovado pelo FDA para o tratamento de células falciformes, Karniadakis diz. Essa droga, chamada hidroxiureia, acredita-se que funcione aumentando a quantidade de hemoglobina fetal - o tipo de hemoglobina com a qual os bebês nascem - no sangue de um paciente. A hemoglobina fetal é resistente à polimerização e, quando presente em quantidade suficiente, é pensado para interromper a polimerização da hemoglobina falciforme.

p Usando esses novos modelos, Karniadakis e seus colegas agora podem fazer simulações que incluem hemoglobina fetal. Essas simulações podem ajudar a confirmar que a hemoglobina fetal realmente interrompe a polimerização, além de ajudar a estabelecer a quantidade de hemoglobina fetal necessária. Isso poderia ajudar no estabelecimento de melhores diretrizes de dosagem ou no desenvolvimento de medicamentos novos e mais eficazes, dizem os pesquisadores.

p "Os modelos nos fornecem uma maneira de fazer testes preliminares em novas abordagens para interromper esta doença, "Karniadakis disse." Agora que podemos simular todo o processo de polimerização, achamos que os modelos serão muito mais úteis. "