jueves,30 junio 2022
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El grupo de investigación GAMOSINOS (Grupo Avanzado de MOdelado y SImulación NO-lineal de Sólidos) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM)

Investigadores de la ETSIAE desarrollan dos innovadoras herramientas de software de cálculo

“BIOSS: BIOlogical System Simulator”, es un software enfocado a modelar el comportamiento comunitario de las células cancerosas que puede ser de gran utilidad a la comunidad científica para estudiar la reacción tumoral ante diferentes tratamientos. El otro software desarrollado es “3DMetMec, con capacidad de usar un diseño CAD para crear en su interior la microestructura que finalmente se imprimirá en 3D. Ambos sofwares se han inscrito en el Registro de la Propiedad Intelectual de la Comunidad de Madrid y se ofrecerán con licencia libre.

El grupo de investigación GAMOSINOS (Grupo Avanzado de MOdelado y SImulación NO-lineal de Sólidos) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) ha desarrollado dos herramientas de software de cálculo derivados de diversas investigaciones vinculadas a los campos de la medicina y los materiales. Concretamente están ligados a proyectos nacionales y europeos en células cancerosas y metamateriales e impresión 3D.

Ambos softwares han sido inscritos en el Registro de la Propiedad Intelectual de la Comunidad de Madrid a través de la Oficina de Transferencia de Resultados de Investigación (OTRI) de la UPM y se ofrecerán con licencia libre.

Comportamiento de células cancerosas

“BIOSS: BIOlogical System Simulator”, es un software enfocado a modelar el comportamiento comunitario de las células cancerosas. Se trata de un modelo de agentes capaz de reproducir el comportamiento de un grupo de células cancerosas mediante las decisiones individuales de cada una. “Cada célula tiene un pequeño cerebro, regido por un árbol de decisión, que de manera probabilista determina el comportamiento de la célula en función de la información que esta puede obtener en su entorno. Así, la célula puede captar información sobre la cantidad de otras células que la rodean o sobre los nutrientes y oxígeno disponibles y necesarios para su supervivencia. Con ello cada célula podrá tener tres estados, en uno de ellos se queda quieta y se reproduce, en otro migra hacia un lugar más idóneo bajo su criterio, y en un tercer estado muere cuando está privada de recursos durante cierto periodo de tiempo”, explican los investigadores.

Este modelo, mediante decisiones simples e individuales, es capaz de reproducir el comportamiento comunitario que ocurre en la metástasis y el crecimiento tumoral, así como en comportamientos grupales de migración como el conocido como efecto flocking, observable en bandadas de pájaros y que también es compartido con las comunidades celulares. Todo ello puede ser de gran utilidad a la comunidad científica ya que se puede estudiar la reacción tumoral ante diferentes tratamientos. “El modelo forma parte de un proyecto nacional que busca modelar los efectos del glioblastoma multiforme, y actualmente se está trabajando en incorporar el proceso de angiogénesis, que es por el cual crecen vasos sanguíneos en el tumor, así como las implicaciones biomecánicas del tumor, y las fuerzas generadas entre las células y que también influyen en su comportamiento”, comenta Luis Saucedo.

Existen otras herramientas de software que investigan células cancerosas, pero frente a otros modelos que usan fuerzas y gradientes para reproducir el movimiento de las células, el software de la Universidad Politécnica de Madrid considera las decisiones individuales de las células e implementa un algoritmo de evolución con el que demostrar cómo las células cancerosas pueden volverse más agresivas tras un tratamiento y mediante flocking influir en el resto de células.

En este desarrollo han colaborado en los últimos 3 años, los estudiantes: Raquel Arroyo, Olatz García, Juan Ramos, Marta Benítez, Luis García, Yago del Barrio, Javier Gómez, María Merino y Pablo Gil.

Metamateriales en 3D

El otro software desarrollado es “3DMetMec: Metamaterial slicing engine able to fulfill the mechanical properties and spatial adaptation required by a 3D design”, una herramienta que permite construir mediante impresión 3D elementos compuestos por microestructuras de propiedades variables. Esto se logra mediante el concepto de metamaterial, una serie de barras cuyas propiedades y disposición espacial permiten alterar la mecánica de la pieza según lo requiera el diseño ingenieril. “Lo novedoso de este paquete de software es su capacidad de usar un diseño CAD para crear en su interior la microestructura que finalmente se imprimirá en 3D y que podrá hacer realidad los requerimientos ingenieriles de un diseño optimizado, en peso y prestaciones”, sostienen los investigadores de GAMOSINOS.

Además, este software es capaz de insertar los defectos típicos que introduce la impresora 3D y el resultado se exporta en un formato legible por la impresora 3D y en otro formato legible por los principales programas comerciales de cálculo. Así, directamente se puede imprimir el resultado o realizar un ensayo virtual sobre el mismo, lo que facilita la labor ingenieril dentro de este nuevo campo. Este programa puede resultar de utilidad para diferentes industrias, desde la aeroespacial hasta la biomecánica con el diseño de implantes biomiméticos. En este software ha colaborado con su TFG el alumno Elemer San Miguel, que ha diseñado la implementación y las soluciones geométricas que implicaba. Por su parte, en las actuales mejoras del software, que incluyen un módulo de diseño generativo estructural, nuevos metamateriales y la inserción de los defectos producidos por la máquina de impresión 3D, así como un estudio de sus aplicaciones industriales, han colaborado durante los últimos 3 años los estudiantes: Gonzalo Vera, Iván Marín, Guillermo González, Hugo García, Miguel González, David Calleja, Rodrigo Montero, Mariano Alarcos, Víctor Riera, Miguel Díaz y Antonio Tabanera.

http://www.upm.es/

 

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