Impacto da Doença de Alzheimer sobre Diferentes Topologias de Astrócitos em um Sistema de Comunicação Molecular

Abstract

A Internet das Bio Nano-Coisas é um novo paradigma que visa proporcionar novas técnicas remotamente controladas de detecção e atuação dentro do corpo humano. Para o desenvolvimento desse paradigma, é necessário que sejam modelados e investigados modelos capazes de conduzir a uma melhor compreensão e uma detecção precoce de doenças. A doença de Alzheimer é uma doença neuro degenerativa crônica que causa perda de memória e não tem cura, sendo desenvolvida pelo acúmulo de placas do peptídio -amilóide. Essa doença causa sérios danos em neurônios e também em células da glia, como os astrócitos. Por esse motivo, o presente trabalho investiga o efeito das placas de amilóide em astrócitos com doença de Alzheimer. Para tal, foi desenvolvido um modelo computacional para a simulação de um sistema de comunicação molecular baseado na sinalização de Ca2+, composto de astrócitos saudáveis e, também, de astrócitos acometidos pela Doença de Alzheimer. O simulador foi construído a partir de modelos matemáticos concebidos por meio de resultados experimentais, os quais levam em consideração a dinâmica intracelular do astrócito, a dinâmica do IP3, as junções comunicantes, os canais de cálcio controlados por tensão e o volume dos astrócitos. O simulador implementado também leva em consideração as diferentes topologias de redes de astrócitos, incluindo a rede de Grau Regular, rede de Raio de Ligação, rede de Atalho e a rede Erdös-Rényi. Um resolvedor estocástico proposto em várias escalas captura a relação entre as reações intracelulares e intercelulares. Com isso, foram avaliadas algumas métricas que são capazes de avaliar o desempenho deste sistema de comunicação, a saber, a extensão de propagação, o atraso molecular, o ganho de canal, a capacidade do canal e o ruído da comunicação. Os resultados revelam que as oscilações mais instáveis, mas ao mesmo tempo mais baixas, das redes de astrócitos sob a influência da Doença de Alzheimer podem criar um efeito em várias escalas na comunicação entre astrócitos com o maior atraso molecular, maior ruído na comunicação, menor ganho de canal e menor capacidade de canal em comparação com astrócitos saudáveis.