Modelagem matemática na termorregulação de plataforma Organ-on-a-Chip personalizada para testes de equipamentos médicos

Abstract

O Organ-on-a-chip (OoC) é um dispositivo microfluídico desenvolvido para simular as condições fisiológicas de órgãos e tecidos humanos. Dada a sua natureza biomimética, a temperatura se destaca como um fator crítico na regulação dos processos biológicos. Mo nitorar e controlar esse parâmetro é essencial não apenas para obter precisão nas análises realizadas, mas também para garantir a viabilidade celular dentro desses dispositivos. A modelagem matemática e os ensaios in silico desempenham um papel crucial ao prever o comportamento fisiológico, permitindo a simulação de interações complexas. O objetivo deste artigo é empregar a identificação de sistemas na modelagem matemática da regulação térmica em uma nova plataforma OoC. O foco central reside na busca e validação da equação mais precisa que represente o modelo térmico. Para alcançar esse objetivo, foi construída uma caixa simulando um ambiente controlado. Esta estrutura foi utilizada como cenário de testes para o OoC, permitindo a coleta de dados e a validação experimental do modelo proposto. Utilizamos dois sensores diferentes para análise in situ da variável de interesse, um infravermelho e um NTC. Coletamos dados de temperatura na câmara de cultivo celular do chip, realizando o tratamento do mesmo e analisando através da simulação no software MATLAB®. Por identificação de sistemas, realizamos a caracterização e selecionamos a função de transferência. Após a analise dos dados tratados, observamos a diferença de até 4,769°C entre a tempera tura ambiente e a temperatura na câmara de cultivo pelo sensor infravermelho, enquanto o termistor NTC obteve uma diferença de até 8,22°C. Os dados coletados geraram amostras de temperatura até a estabilização dos sensores. Ao modelar nosso sistema e caracterizá-lo, obtivemos uma equação descritiva precisa para a temperatura no OoC. É importante destacar que essa equação pode ser refinada e implementada em outros modelos 3D, ampliando seu potencial de aplicação. Este estudo não apenas destaca a análise da temperatura in situ em tempo real, mas também ressalta a inovação ao utilizar o OoC como recurso viável em testes, análises e no desenvolvimento de equipamentos médicos. A aplicabilidade demonstrada por essa nova plataforma oferece insights valiosos sobre como integrar o OoC de maneira inovadora em diversas áreas da medicina e engenharia biomédica.