Você sabe o que é modelagem biomecânica? E qual a relação dos métodos numéricos da Engenharia e a compreensão de fenômenos biológicos?

A influência de forças mecânicas na formação do osso é um bom exemplo para pensarmos essa relação. E se você já usou aparelho ortodôntico, sabe do que estamos falando!

Para entender melhor esse tema, conversamos com o professor Libardo Andres Gonzales Torres, que atua na Universidade Federal do Vale do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM) e desenvolve pesquisas sobre os usos da modelagem biomecânica para diversas áreas da saúde, como a ortodontia.

Confira a entrevista:

Minas Faz Ciência: Conte um pouco sobre sua trajetória profissional. Por que decidiu virar pesquisador? Como passou a atuar com biomecânica e biomateriais?

Libardo: Desde criança, eu era curioso sobre como funcionavam as máquinas e os equipamentos. Tinha muito gosto pelas matemáticas e pela física. No ensino básico, estudei em escolas públicas da Colômbia, depois, eu me formei como Engenheiro Mecânico e mestre em Matemática Aplicada na Universidade Nacional de Colômbia.

Na Universidade, apliquei métodos numéricos da Engenharia à compreensão de fenômenos biológicos. Um deles foi a influência de forças mecânicas na formação do osso. No doutorado, na Universidade de Zaragoza, participei de um grupo de biomecânica. Ali, pude desenvolver estudos com uma equipe interdisciplinar sobre a cicatrização de fraturas ósseas sob ação de estímulos mecânicos externos. Descobrimos que os estímulos mecânicos podiam acelerar o processo de cicatrização óssea em uma semana, em testes feitos em ovelhas.

Quando cheguei ao Brasil para um estágio de pós-doutorado no Grupo de Engenharia Biomecânica da UFMG, trabalhei em pesquisas sobre as forças geradas durante o processo ortodôntico de expansão rápida da maxila. Há cinco anos, faço parte do corpo docente da UFVJM, onde coordeno o Grupo de Biomecânica e Bioengenharia – GBio2, dedicado ao estudo de processos biológicos e de tratamento de áreas da saúde, usando ferramentas computacionais e experimentais.

A equipe interdisciplinar do GBio2 é formada e tem colaborações de engenheiros de diferentes áreas, fisioterapeutas, dentistas e outros profissionais da UFVJM e de universidades brasileiras e estrangeiras.

MFC: Qual o propósito da modelagem biomecânica na ortodontia?

Libardo: O projeto de pesquisa sobre a modelagem biomecânica na ortodontia financiado pela FAPEMIG teve o objetivo de estudar, usando métodos computacionais, as forças geradas no crânio durante o processo de expansão rápida da maxila. Esse tratamento, que é feito para corrigir um desvio comum do arco dentário, às vezes pode ser assistido por cirurgia. O projeto objetivou buscar novos conhecimentos sobre as situações nas quais é mais ou menos recomendada a assistência cirúrgica.

MFC: Qual a importância de trabalhar com uma equipe multidisciplinar?

Libardo: É comum que nossas pesquisas surjam a partir de demandas de áreas da saúde, nais quais os profissionais ou pesquisadores solicitam ao nosso grupo uma solução para um problema específico. Até o momento, sempre atuamos em projetos interdisciplinares com dentistas, biólogos, profissionais das ciências farmacêuticas, fisioterapeutas e enfermeiras.

Ideias para pesquisas surgem também na interação diária com colegas, estudantes e técnicos do Instituto de Ciência e Tecnologia da UFVJM, que tem a grande vantagem de ser interdisciplinar, facilitando a proximidade física de profissionais com diferentes formações.

No meu caso, por exemplo, minha sala fica do lado da de profissionais das ciências da computação, engenheiros químicos, de alimentos e mecânicos, e também profissionais da economia e do empreendedorismo.

Essa proximidade faz com que, corriqueiramente, surjam assuntos de pesquisa bastante interdisciplinares e que podem ter impactos regionais, nacionais e internacionais importantes. Alguns desses assuntos estão sendo  desenvolvidos atualmente com a participação do GBio2.

A equipe do professor Libardo, da UFVJM

MFC: Que outros projetos são esses que vocês têm desenvolvido?

Libardo: O grupo é muito novo, foi criado em 2014. Até o momento, foram desenvolvidos dois projetos financiados pela Fapemig: um no qual estudamos a expansão rápida da maxila, que comentei anteriormente, e outro, aprovado em 2016, para o estudo do movimento de células dentro de tecidos vivos ou tecidos artificiais por meio de técnicas computacionais.

Foram criadas ferramentas computacionais para estudar o efeito do fluido intersticial, que se encontra nos tecidos, na movimentação das células. Partimos da hipótese de que fatores mecânicos podiam explicar o fenômeno de movimento contra o fluxo observado em células tumorais.

O modelo desenvolvido obteve evidências de que esse processo pode acontecer exclusivamente por fatores mecânicos, sem envolver necessariamente fatores químicos, como proposto em publicações da área.

Essa conclusão é importante porque conhecendo melhor os processos básicos associados à movimentação de células tumorais, podem ser gerados fármacos e tratamentos que, por exemplo, dificultem o movimento de células e dessa forma a difusão do câncer pela metástase.

MFC: Bioengenharia, bioinformática e biomecânica parecem ser campos de estudo cada vez mais relevantes no grande campo das Ciências Biológicas. Qual sua avaliação sobre o cenário das pesquisas em sua área, considerando que você vem da Engenharia, da Matemática? Que desafios ainda precisam superar?

Um dos mais antigos registros de estudos de biomecânica, de 1680, do livro “De Motu Animalium”, de autoria de Giovanni Alfonso Borelli.

Libardo: Dizem que o século passado foi o século da computação, em que muitas pesquisas foram focadas nessa área. Este século começou com engenheiros, matemáticos, físicos, cientistas da computação e de outras áreas focados no estudo de processos biológicos não compreendidos até o momento.

Atualmente, existem múltiplos grupos de bioengenharia, biofísica, biomatemática e outras que abordam assuntos da biologia com técnicas provenientes de outra área. Esse fenômeno se deve à complexidade dos fenômenos biológicos, que são influenciados por fatores físicos, químicos, elétricos, mecânicos, dentre outros.

Desvendar como esses fatores influenciam os processos biológicos e, ao mesmo tempo, desenvolver tecnologias e novos materiais que se comportem como sistemas vivos, são tarefas onerosas desenvolvidas dentro desses grupos.

Sobre os desafios que enfrenta atualmente a bioengenharia, cito a seguir alguns deles. A geração de tecidos e órgãos artificiais para substituir tecidos e órgãos vivos ainda é um objetivo a ser alcançado.

Também buscamos o desenvolvimento de tecnologias que ajudem no diagnóstico e tratamento de doenças de impacto global. Dentre elas, podemos citar diabetes, doenças cardiovasculares e degenerativas e o câncer. 

Por fim, é preciso desenvolver tecnologias de baixo custo para assistir o tratamento das doenças de impacto global.

MFC: Para finalizar, conte algo que os leitores do Minas Faz Ciência deveriam saber sobre as pesquisas que você desenvolve.

Libardo: O GBio2 tem um objetivo, atualmente, que é a geração de produtos biotecnológicos que possam ser transferidos a indústrias. Que nossas pesquisas possam ser aproveitadas pela comunidade ou gerar startups e empresas de base tecnológica da área da biotecnologia.

Assim, buscamos ajudar no desenvolvimento da região onde a UFVJM está inserida. Queremos também colaborar com a fixação de mão-de-obra qualificada na região, que atualmente é muito baixa.