https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/19812| File | Description | Size | Format | |
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| anaclaraverly.pdf | PDF/A | 12.33 MB | Adobe PDF | View/Open |
| Type: | Dissertação |
| Title: | Modelo in silico de consolidação de fratura óssea no contexto da osteoporose durante a menopausa |
| Author: | Verly, Ana Clara |
| First Advisor: | Quintela, Bárbara de Melo |
| Co-Advisor: | Bastos, Flávia de Souza |
| Referee Member: | Macari, Soraia |
| Referee Member: | Loureiro, Michelli Marlane Silva |
| Resumo: | A remodelação óssea é um processo complexo, regulado pelo sistema imunológico, que envolve vários desdobramentos celulares e moleculares em diferentes escalas de tempo e espaço. O equilíbrio entre formação e reabsorção óssea é vital para a estabilidade óssea e pode ser perturbado, levando ao aumento da reabsorção devido à atividade exacerbada dos osteoclastos ou diminuição dos osteoblastos. O estrogênio desempenha um papel protetor na reabsorção, mas sua redução durante a pós-menopausa favorece esse desequilíbrio. A modelagem matemática é uma alternativa para entender processos complexos como a remodelação óssea, permitindo explorar a influência do sistema imunológico na cicatrização óssea e elucidar mecanismos moleculares subjacentes. Neste trabalho, partimos de um modelo da literatura, baseado em equações diferenciais não lineares, acopladas, que incorporam interações complexas entre células imunes e células ósseas no local da fratura. Propomos atualizar um modelo para incluir o efeito da diminuição do estrogênio para melhor representar a cicatrização óssea no período pré e pós-menopausa. Os sistemas resultantes das equações são estudados analítica e numericamente. A análise numérica mostrou que a redução do estradiol compromete a capacidade de formação óssea, atrasando a consolidação e aumentando o tempo de permanência de detritos ósseos. Tais achados corroboram evidências experimentais de que a queda hormonal está fortemente associada ao aumento da fragilidade óssea. Conclui-se que o modelo atualizado fornece uma estrutura quantitativa e qualitativa para investigar a relação entre alterações imunológicas e hormonais e a cicatrização óssea, contribuindo para a compreensão dos mecanismos que tornam mulheres pós-menopausa mais suscetíveis a fraturas. Além disso, os resultados destacam o potencial da modelagem computacional para apoiar o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas e medicamentos direcionados à osteoporose, contribuindo para avanços no tratamento de fraturas ósseas e no desenvolvimento de novos medicamentos. |
| Abstract: | Bone remodeling is a complex process regulated by the immune system, involving multiple cellular and molecular events across different temporal and spatial scales. The balance between bone formation and resorption is essential for skeletal stability and may be disrupted, leading to increased resorption due to exacerbated osteoclast activity or reduced osteoblast function. Estrogen plays a protective role in bone resorption; however, its decline during postmenopause promotes this imbalance. Mathematical modeling provides an alternative means of understanding complex processes such as bone remodeling, allowing exploration of the immune system’s influence on bone healing and elucidation of underlying molecular mechanisms. In this work, we build upon a model from the literature, based on coupled nonlinear differential equations, which incorporates complex interactions between immune and bone cells at the fracture site. We propose an updated version of this model to include the effect of estrogen depletion, thereby providing a more accurate representation of bone healing during the pre- and postmenopausal periods. The resulting systems of equations are studied both analytically and numerically. Numerical analysis demonstrated that estradiol reduction compromises bone formation capacity, delays consolidation, and prolongs the persistence of bone debris. These findings corroborate experimental evidence that hormonal decline is strongly associated with increased bone fragility. It is concluded that the updated model provides a quantitative and qualitative framework for investigating the relationship between immunological and hormonal alterations and bone healing, thereby contributing to the understanding of the mechanisms that render postmenopausal women more susceptible to fractures. Moreover, the results highlight the potential of computational modeling to support the development of new therapeutic strategies and pharmacological interventions targeting osteoporosis, ultimately contributing to advances in fracture treatment and drug development. |
| Keywords: | Modelo computacional Sistema imune Osteoporose Estrogênio Menopausa Computational model Immune system Osteoporosis Estrogens Menopause |
| CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA |
| Language: | por |
| Country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) |
| Institution Initials: | UFJF |
| Department: | ICE – Instituto de Ciências Exatas |
| Program: | Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional |
| Access Type: | Acesso Aberto Attribution-ShareAlike 3.0 Brazil |
| Creative Commons License: | http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/br/ |
| URI: | https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/19812 |
| Issue Date: | 8-Sep-2025 |
| Appears in Collections: | Mestrado em Modelagem Computacional (Dissertações) |
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