Dissertação

{en_GB=Studying Bone Remodelling and Tumour Growth for Therapy Predictive Control} {} EVALUATED

{pt=O osso é uma estrutura continuamente ativa durante toda a vida. A remodelação óssea consiste em ciclos de destruição e subsequente formação óssea, executados principalmente por osteoclastos e osteoblastos. A regulação envolvida neste mecanismo é um processo complexo e ainda não totalmente compreendido. O funcionamento saudável da remodelação óssea é interrompido por doenças como mieloma múltiplo e doenças metastáticas ósseas. Algumas formulações matemáticas que associam a evolução do cancro à remodelação óssea foram desenvolvidas nos últimos anos com o propósito de compreender a fisiologia relacionada com o osso e orientar os médicos na decisão da terapia. Nesta tese, propõe-se um modelo de equações diferenciais que leva em consideração a evolução dos osteoclastos, osteoblastos, massa óssea e metástases. O modelo sugerido é uma extensão de um modelo existente, combinado com um esquema de PK/PD relativo aos fármacos denosumab, bisfosfonatos, inibidores de proteassoma e paclitaxel. A grande novidade é a inclusão de fenómenos de resistência a fármacos, que resultaram em duas variantes do modelo, correspondentes a dois conceitos diferentes quanto à origem e desenvolvimento da condição de resistência. É realizada uma otimização baseada nos modelos recomendados com o objectivo de obter uma estratégia de administração de doses. Usa-se um esquema de controlo preditivo não linear, que tira proveito das propriedades convenientes de uma variante adaptativa e democrática da meta-heurística Particle Swarm Optimization. As prescrições obtidas fornecem conclusões úteis sobre as estratégias de administração de dose e fenómenos de comportamento de tumores resistentes, modelados sob dois paradigmas muito diferentes sobre resistência à medicação. , en=Bone is a continuously active structure through the entire life time. Bone remodelling consists in cycles of bone resorption and formation executed mainly by osteoclasts and osteoblasts. The regulation involved in this mechanism is complex and not yet fully understood. The healthy functioning of bone remodelling is disrupted by diseases such as Multiple Myeloma and bone metastatic diseases. Some mathematical formulations that couple the cancer evolution with bone remodelling activity have been developed in the past years in order to understand bone-related physiology, both healthy and pathological, and guide clinicians in therapy prescription decision. In this work, a model with differential equations is proposed which takes into account the evolution of osteoclasts, osteoblasts, bone mass and bone metastasis growth. The suggested model results is an extension of an existing one, combined with a PK/PD scheme of the drugs denosumab, bisphosphonates, proteasome inhibitors and paclitaxel. The major novelty is the inclusion of drug resistance phenomena which resulted in two variations of the model, correspondent to different concepts regarding the origin and development of the resistance condition. An optimization based on the recommended models is performed with the objective of dose administration decision. A Nonlinear Model Predictive Control scheme is used, which takes advantage of the convenient properties of a suggested adaptive and democratic variant of Particle Swarm Optimization. The obtained prescriptions provide useful conclusions regarding dose administration strategies and resistant cancer behaviour phenomena modelled under two very different paradigms about drug resistance.}
{pt=Remodelação óssea, modelação matemática, metástases ósseas, resistência a fármacos, farmacocinética/farmacodinâmica, controlo preditivo, en=Bone remodelling, mathematical modelling, bone metastasis, drug resistance, PKPD, model predictive control}

Junho 27, 2018, 9:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

Duarte Pedro Mata de Oliveira Valério

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

Susana de Almeida Mendes Vinga Martins

Departamento de Engenharia Informática (DEI)

Professor Associado