Αλληλεπίδραση μηχανικών και βιολογικών παραγόντων κατά την πώρωση των οστών

Abstract

Η διαδικασία πώρωσης των καταγμάτων των οστών συμπεριλαμβάνει την ενεργοποίηση και αλληλεπίδραση διαφόρων κυττάρων και αυξητικών παραγόντων, η λειτουργία των οποίων ρυθμίζεται από βιοχημικά και μηχανικά ερεθίσματα. Στην παρούσα διπλωματική εργασία ερευνάται η δυνατότητα εφαρμογής και ο ρόλος των υπολογιστικών μεθόδων και τεχνικών στην περιγραφή των παραπάνω αλληλεπιδράσεων και μελετάται το μηχανοβιολογικό μοντέλο πώρωσης καταγμάτων. Πιο συγκεκριμένα, μελετάται η αλληλεπίδραση του μηχανικού περιβάλλοντος με βιολογικές παραμέτρους που αφορούν την αγγειογένεση και την οστεογένεση και εξετάζονται οι βιοφυσικές διεγέρσεις που προκαλούνται από τη μηχανική φόρτιση. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στις υπολογιστικές μεθόδους επίλυσης των συστημάτων μερικών μη – γραμμικών εξισώσεων που περιγράφουν τη χωροχρονική εξέλιξη των συγκεντρώσεων και των πυκνοτήτων των κυττάρων, των εξωκυττάριων θεμέλιων ουσιών και των αυξητικών παραγόντων.

The process of bone fracture healing includes the activation and interaction between several cells and growth factors, the function of which is determined by biochemical and mechanical stimuli. This thesis statement studies the role of computational methods and techniques in reporting those interactions, as well as the mechanobiological model of fracture healing. In particular, the paper focuses on the mechanical environment interaction with biological parameters that regard to angiogenesis and ossification. Furthermore, it examines the biophysical stimulation caused by mechanical loading. It highlights the computational methods for partial non-linear equation systems modeling that indicate the spatiotemporal evolution of cellular concentration and density, of extracellular matrices and growth factors.