Eficácia de Hipertermia Magnética no Modelo Murino Sarcoma 180

XIX CONGRESSO BRASILEIRO DE FÍSICA MÉDICA
17 A 20 DE AGOSTO DE 2014
GOIÂNIA – GO
Eficácia de Hipertermia Magnética no Modelo Murino
Sarcoma 180 é Aumentada com Múltiplas Injeções
Intratumorais de Nanopartículas Magnétias
Harley F. Rodrigues1, Francyelli M. Mello2, Gustavo Capistrano1, Luis C. Branquinho1,
Nicholas Zufelato1, Elisângela P. Silveira-Lacerda2, Andris F. Bakuzis1
1
Universidade Federal de Goiás, Instituto de Física, 74001-970, Goiânia, Brasil.
2
Universidade Federal de Goiás, Instituto de Ciências Biológicas, 74001-970, Goiânia, Brasil.
Resumo: O tratamento de câncer por Hipertermia Magnética (HM) com nanopartículas magnéticas
(NPMs) geralmente envolve injeções intratumorais de Fluidos Magnéticos (FM). De fato, alguns
estudos tem mostrado que a distribuição de NPM dentro do tumor pode ser afetada pela velocidade
de injeção do fluido, assim como pelo número de injeções realizadas em diferentes posições. Além
disso, a forma como as NPM estão distribuídas e organizadas no tumor pode afetar sua eficiência
térmica [1]. Nesse trabalho, nós comparamos a eficácia de HM com NPMs entre um grupo de 03
animais submetidos a uma única injeção de FM, em comparação com outro grupo, também de 03
animais, que receberam o mesmo volume de FM igualmente dividido em 03 injeções em posições
distintas. Nossos dados demonstram que múltiplas injeções intratumorais de nanopartículas
magnéticas aumentam a entrega de calor no modelo do sarcoma murino. Por fim, simulações
®
numéricas usando o software COMSOL Multiphysics , modelando a configuração experimental de
campo magnético não uniforme, para uma dada distribuição espacial de NPM (dentro do tumor após
injeção) são apresentadas e comparadas com nossos dados experimentais.
Introdução: Hipertermia magnética (HM) consiste no aumento da temperatura de nanopartículas
quando seus momentos magnéticos interagem de forma adequada com um campo magnético
alternado. Este efeito tem sido idealizado como uma nova terapia para o tratamento do cancro, seja
via entrega seletiva de calor ou mesmo pela liberação de fármacos, genes ou outros agentes
terapêuticos por meio desta ação externa. Neste trabalho investigamos a entrega de calor em modelo
tumoral murino.
Método: O procedimento experimental consiste em 30 min de HM utilizando um campo alternado de
300 kHz com intensidades de 9,8 até 13,7 kA/m. Como modelo xenográfico utilizou-se tumores
sólidos de Sarcoma 180 (S180) induzidos subcutaneamente em camundongos suíços (Swiss Mouse).
Os experimentos foram realizados na configuração de campo magnético alternado e não uniforme.
Foi feito o mapeamento do campo magnético alternado gerado pela bobina (na mesma configuração
dos experimentos in vivo) utilizando-se uma sonda Hall de campo AC. Logo, os valores reportados de
intensidade de campo magnético são valores efetivos (medidos) e, também, estimados à
profundidade (subcutânea) do centro do tumor do animal, distante da face da bobina. Nos animais,
sempre foi injetado o mesmo volume de FM (90 L) correspondendo à quantidade de 2,0 mg de
NPMs. No primeiro grupo (01 injeção) esse volume foi injetado diretamente no centro do tumor (à
aproximadamente 4,0 mm de profundidade). No segundo grupo foram feitas 03 injeções de 30 L, em
três pontos diferentes (no centro e nas “bordas” do tumor), ao longo da direção do maior eixo do
tumor (medido sobre a superfície da pele). O aquecimento da superfície da pele dos animais foi
monitorado, em tempo real ao procedimento de HM [2], com uma câmera termográfica (infrared
camera – IRCam), enquanto que a temperatura intratumoral foi medida num único ponto
(subcutaneamente à 4,0 mm de profundidade) com um termômetro de fibra óptica. Nossa estratégia
de monitoramento está resumida na Fig 1.
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Figura 1 – Representação esquemática explicando os dois procedimentos de monitoramento, em tempo real, da temperatura superficial da
pele do camundongo durante a HM. Um conjunto de dados é obtido com o registro da câmera termográfica (via representada no lado
esquerdo da figura) e o outro com a utilização de um termômetro de fibra-óptica (via representada no lado direito da figura).
O FM utilizado consistia em NPM de Ferrita de Manganês recobertas com Citrato (MnFe 2O4 –
Citrato). Essas NPM foram sintetizadas em nosso grupo e extensivamente caracterizadas por
diversas técnicas: Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Difração de Raios-X (DRX) e
Magnetometria por Amostra Vibrante (MAV). Também, foi avaliada in vitro a potência térmica
dissipada (specific loss power – SLP ) por uma amostra (90 L) desse FM. O SLP in vitro foi
determinado em função da intensidade de campo magnético, na mesma configuração dos
experimentos in vivo.
Resultados: Em particular, para a amplitude de campo magnético alternado de 11.8 kA/m, no grupo
de 01 injeção, foi medida uma temperatura intratumoral média de 39.0°C (em 30 min de HM).
Enquanto que para o grupo de 03 injeções, também em 30 min de HM, tanto a temperatura superficial
quanto intratumoral ficaram em torno de 42.7°C. E aumentando a amplitude do campo magnético,
como esperado, resultou no maior aquecimento do tumor. Por outro lado, para o grupo de 03
injeções, sob ação de um campo magnético alternado e não uniforme de 13.7 kA/m, foi medido um
aumento da temperatura intratumoral (em 30 min de HM) igual a 44.3°C.
Discussão e Conclusões: Nesse trabalho foi investigado o efeito de múltiplas injeções intratumorais
na entrega de calor durante procedimentos de MH com NPM in vivo. E os valores mais altos de
temperatura (em 30 min de HM), acessados no grupo de 03 injeções, podem ser atribuídos a uma
melhor distribuição intratumoral das NPM. Para tentar explicar nossos resultados, usando o software
®
COMSOL Multiphysics , foram realizadas algumas simulações numéricas considerando a equação de
biocalor de Pennes [3] e, também, atribuindo valores reais encontrados na literatura [4] para os
parâmetros de transporte de calor em meio biológico. Nesse sentido, foram criados três modelos
numéricos, representando três possíveis diferentes distribuições das fontes de calor (NPM) dentro do
3
tumor: (a) uma esfera homogênea de FM (90 mm ) com centro a 4,0 mm de profundidade
3
subcutânea; (b) três volumes esféricos de FM (30 mm cada) distribuídos ao longo do eixo maior do
3
tumor e (c) uma casca esférica de FM em torno do tumor (90 mm ). Nessas três simulações a
potência térmica dissipada pelas fontes de calor (in vivo), era uma função contínua da profundidade
(medida em relação à superfície da pele) simulando, assim, a intensidade não uniforme do campo
magnético alternado dentro do tumor subcutâneo. As comparações entre os resultados experimentais
e numéricos usando, também, os valores de SLP in vitro, mostram que os modelos de 01 e 03
esferas de FM não representam bem o aquecimento medido na superfície da pele e dentro do tumor.
Já o modelo de casca esférica é mais satisfatório nesse objetivo. As razões para esse desacordo
podem ser (a) as NPM, após a injeção, não ficam homogeneamente distribuídas como as simulações
pressupõem, e/ou (b) o valor usado para a simulação, numa parte das análises, i.e. o valor in vitro do
SLP não descreve corretamente o SLP in vivo.
Referências:
1.
2.
3.
4.
Branquinho et al., Sci. Rep. 3, 2887 (2013).
Rodrigues et al., Int. J. Hyp. 29, 752 (2013).
Eugene H. Wissler. Pennes’ 1948 paper revisited. Journal of Applied Physiology, 85:35-41, 1998.
Herman, C., Hatwar, R. and Chamnmugam, A., “Thermal Analysis of Cancerous Breast Model”. Proceedings of IMECE 2012.