Duvan Henao ● Profesor Titular

Basal FB210005

El cáncer es una enfermedad genética compleja y mortal que afecta a un gran número de personas en Chile, con una alta tasa de mortalidad y un aumento constante en el número de casos. Ante esta realidad, es crucial implementar la Medicina de Precisión en el país para brindar un tratamiento personalizado y mejorar los resultados para los pacientes. El Centro UOH de BioIngeniería (CUBI) se propone liderar este avance, enfocándose en la región de O'Higgins, Chile. El CUBI busca crear mapas moleculares multiómicos de los cánceres prevalentes en la región, utilizando tecnologías de vanguardia y algoritmos avanzados. Esto permitirá comprender los perfiles genéticos y moleculares del cáncer, así como la heterogeneidad y evolución somática de los tumores chilenos. El equipo propuesto por CUBI, con su destacada capacidad de secuenciación genómica, procesamiento masivo de datos y experiencia en biología molecular y computacional, desempeñará un papel protagónico en el logro de estos objetivos. El CUBI se organiza en tres líneas de investigación principales. La primera línea se centra en las tecnologías genómicas para el mapeo de genotipos, fenotipos y evolución tumoral, dirigida por el Dr. Di Genova. Su objetivo es comprender los factores genéticos que contribuyen al cáncer, así como la variabilidad molecular y la evolución somática de los tumores chilenos. La segunda línea, liderada por el doctor Henao, se enfoca en las tecnologías de imagen para el mapeo y evaluación de fenotipos tumorales. Mediante el uso de imágenes histológicas y de ultrasonido, combinadas con la inteligencia artificial y modelos físico/matemáticos, se busca identificar patrones morfológicos y topológicos asociados a biomarcadores o procesos mutacionales específicos de los tumores. La tercera línea de investigación, liderada por el Dr. Krause, se centra en la utilización de modelos preclínicos para validar las relaciones fenotipo-genotipo desCUBIertas en las líneas de investigación anteriores y la creación de un biobanco regional. Esto permitirá realizar estudios moleculares, clínicos y epidemiológicos en la región de O'Higgins, fortaleciendo la base de conocimientos y facilitando la aplicación de los hallazgos en la práctica clínica. El CUBI cuenta con un equipo interdisciplinario de investigadores jóvenes, intermedios y senior, con líneas de investigación claras y bien definidas. Además, se ha establecido una sólida red nacional e internacional de colaboración con instituciones líderes en investigación del cáncer, como el IARC de Lyon, Francia, el ICR de Londres, UK y hospitales e instituciones en Chile. El CUBI busca posicionarse como un centro pionero en la investigación en medicina de precisión oncológica en Chile. Su objetivo principal es comprender y mapear la biología única de los pacientes chilenos/as con cáncer, con el fin de brindar tratamientos más efectivos y mejorar las oportunidades para la región. Con su infraestructura, equipo, red de colaboración y enfoque multidisciplinario, el CUBI tiene el potencial de generar un impacto significativo en la sociedad chilena al avanzar en la comprensión del cáncer y la implementación de estrategias de tratamiento personalizado. Proyectamos que la operación del CUBI tendrá un impacto positivo en la región y país en varios aspectos: 1. Mejorar la atención del cáncer: El CUBI permitirá una mejor comprensión de las características genéticas y moleculares de los tumores en la población regional y nacional. Esto conducirá a un diagnóstico más preciso, una estratificación más efectiva de los pacientes y una selección más precisa de los tratamientos. Como resultado, los pacientes recibirán terapias más efectivas, lo que mejorará sus resultados clínicos y su calidad de vida. 2. Avances científicos y tecnológicos: El centro promoverá el desarrollo y la aplicación de tecnologías de vanguardia y métodos de análisis de datos avanzados. Esto fomentará la investigación científica del cáncer y permitirá descubrir nuevas asociaciones genéticas y moleculares, así como identificar posibles blancos terapéuticos. Estos avances no solo beneficiarán a los pacientes de cáncer en Chile, sino que también contribuirán al conocimiento global en la lucha contra esta enfermedad. 3. Formación y educación: El centro brindará oportunidades de formación y capacitación para estudiantes, investigadores y profesionales de la salud interesados en la medicina de precisión en oncología. Esto fortalecerá la capacidad científica y clínica de la región, permitiendo la formación de especialistas altamente calificados en el diagnóstico y tratamiento del cáncer. 4. Impacto socioeconómico: La detección temprana, el tratamiento personalizado y la reducción de los efectos secundarios innecesarios pueden mejorar la eficiencia de los sistemas de salud y disminuir los costos asociados con el cáncer. Además, la generación de conocimiento científico y tecnológico puede impulsar la innovación y el desarrollo de la industria biotecnológica en la región, creando oportunidades económicas y empleo especializado. En resumen, el CUBI tiene el potencial de generar un impacto significativo en la sociedad regional al mejorar la atención médica, impulsar la investigación científica, fortalecer la capacitación y la colaboración, y tener repercusiones socioeconómicas positivas. Al comprender y abordar la complejidad biológica del cáncer en la población chilena, se allana el camino para una atención más efectiva y personalizada, y se brinda esperanza a los pacientes y sus familias en la lucha contra el cáncer.

One goal is to enhance the methods being currently developed by Espı́ndola (Physics), Krause (Physiology), and Xavier (Biomedical Engineering) for reconstructing capillary networks with ultrasound. The super-resolution is needed for early detection diseases such as cognitive decline, cancer, or liver fibrosis. They perfuse lipid-encapsulated microbubbles as contrast agents and then localize the bubbles in the ultrasound images with the singular value filter. However, that method leaves a non-negligible percentage of bubbles undetected. Here we propose to complement the singular value filter for the detection and tracking of microbubbles with the sophisticated and mathematically sound Mumford-Shah method for image contour detection, which stems from the conceptually-insightful and numerically-robust perspective of the minimization of energies. In the reconstruction of the capillary network from ultrasound, it is impossible to directly distinguish the microbubbles, or even the blood vessels, in each frame separately, due to the attentuation and degradation in this imaging technique. It is essential to take into account the dynamic nature of the problem, distinguishing the slowly-varying signals emitted by the tissue from those emitted by the microbubbles, which flow rapidly, behave nonlinearly, and have a much shorter coherence length. We therefore propose to regard the collection of two-dimensional frames as a single three-dimensional image, where a moving bubble becomes a tubular neighbourhood of a filament, which the Mumford-Shah model is expected to recover. From these filaments, bubbles can be detected and tracked, and the vertical inclinations of theses filaments will yield the microbubbles velocities. From the velocity profiles it is possible to estimate the shear wall stresses (their ‘tangential elastic rigidities’) of the blood vessels, and anomalies in these stresses are commonly good indicators of the presence of specific diseases. A fortunate encounter between mathematics and mechanics led to the observation that the problem of finding the path that the propagation of a crack will follow inside a structure upon loading could be solved with the mathematical theory (the analysis of free-discontinuity problems) developed for the apparently unrelated image segmentation Mumford-Shah model. The variational fracture theory initiated by Francfort and Marigo is by now (20 years after) very well established. The second goal of this proposal is to further develop the ongoing collaboration between Song (Pharmaceutics), Siegel (Pharmaceutics), Sánchez (Numerical analysis), Calderer (Applied mathematics), and the PI on the study of the debonding of polymer gels from rigid substrates (relevant in the design of the synthetic polymers coating the metallic parts of pacemakers and other medical prostheses) from this variational fracture theory perspective. The third main goal is to apply the mathematical analysis of free-discontinuity problems to the modelling of the evolution of the cavity in the block caving technique in underground rock mining. This has been pursued by Ortega, Lecaros, and coworkers from the side of applied mathematics in academia, in collaboration with Gaete from the Geomechanics Research Department at El Teniente, research group to which Gutiérrez and the PI have joined in the last months. We propose to study the seismic activity induced by the fracture of the rock mass due to gravity, following the works in the last decade within the variational fracture theory that incorporate the inertia effects. The final aim is to optimize the injection of water jets for the aminoration of the seismic events near the operation sites. The three research lines are applications of the phase-field regularization by Ambrosio and Tortorelli of the Mumford-Shah free-discontinuity model, a different variant being required in each of the three contexts. The first stage of the implementation is of mathematical modelling and high-level numerical simulation abilities, in which the intuition and first-hand knowledge from the members of the research team that are experts in vascular function, ultrasound imaging, polymer chemistry, and mining geomechanics is translated into particular mathematical concepts and concrete computational methods. This is followed by a stage of calibration and validation, where the full interplay with experiments is required. The product of a robust and validated computational method will constitute then an advancement in the capabilities, available resources, and understanding in each of the applied disciplines.

Our interest in this project is to obtain two-dimensional models for a three-dimensional thin structures involving situations: • Magnetoelastic plates which are heterogeneous and whose heterogeneity occur at a small scale which depends of the thickness of the plate. Depending on energy scaling and the ratio between these two small parameters, different theories can be obtained. • Poroelastic shell containing a viscous fluid. • Quasistatic evolution problems for linearly elastoplastic shell with hardening.

Work on the open problem of proving existence of minimizers in nonlinear elasticity in the paradigmatic neoHookean model. Finite element simulations, modelling, and experiments for swelling of polymer gels bonded to rigid substrates. Finite element simulations, modelling, and asymptotic analysis for Schallamach waves in the detachment of thin hydrogels. Proof that the transition, in elastomers and ductile materials, from multiple independent spherical cavitation to the coalescence stage occurs when the size, in the deformed configuration, of the opened cavities is comparable to the distance, in the reference configuration, between the cavitation singularities.