Un enfoque de modelado computacional para investigar la influencia de la hipertermia en el microambiente tumoral

Resumen

El artículo describe un protocolo para simular los perfiles de temperatura transitoria y la variación espacio-temporal acoplada de la presión del fluido intersticial después del calentamiento suministrado por un sistema de hipertermia de radiofrecuencia dipolar. El protocolo se puede utilizar para evaluar la respuesta de los parámetros biofísicos que caracterizan el microambiente tumoral a las técnicas de hipertermia intervencionista.

Resumen

Las propiedades biofísicas del microambiente tumoral difieren sustancialmente de las de los tejidos normales. Una constelación de características, que incluyen disminución de la vascularización, falta de drenaje linfático y presión intersticial elevada, disminuye la penetración de los tratamientos en los tumores. La hipertermia local dentro del tumor puede alterar las propiedades microambientales, como la presión del líquido intersticial, lo que puede conducir a mejoras en la penetración del fármaco. En este contexto, los modelos computacionales multifísicos pueden proporcionar información sobre la interacción entre los parámetros biofísicos dentro del microambiente tumoral y pueden guiar el diseño y la interpretación de experimentos que prueben los efectos biológicos de la hipertermia local.

Este artículo describe un flujo de trabajo paso a paso para un modelo computacional que acopla ecuaciones diferenciales parciales que describen la distribución de corriente eléctrica, la transferencia de biocalor y la dinámica de fluidos. El objetivo principal es estudiar los efectos de la hipertermia administrada por un dispositivo de radiofrecuencia bipolar sobre la presión del líquido intersticial dentro del tumor. Se presenta el sistema de expresiones matemáticas que relacionan la distribución de corriente eléctrica, la transferencia de biocalor y la presión del fluido intersticial, enfatizando los cambios en la distribución de la presión del fluido intersticial que podrían ser inducidos por la intervención térmica.

Introducción

La presión elevada del líquido intersticial (IFP) es una característica distintiva de los tumores sólidos¹. La fuga de líquido hacia el intersticio desde los vasos sanguíneos hiperpermeables se ve desequilibrada por la salida de líquido debido a la compresión de las venas intratumorales y a la ausencia de linfáticos ^1,2,3. Junto con otros parámetros biofísicos que son anormales dentro del microambiente tumoral (TME), incluyendo el estrés sólido y la rigidez, la IFP elevada socava la eficacia de la administración de fármacos tanto sistémica como local

Protocolo

1. Construir el modelo de un sistema de radiofrecuencia bipolar

1. Pasos preliminares para configurar la interfaz
   1. Inicie COMSOL Multiphysics y haga clic en Model Wizard.
   2. Seleccione 3D como dimensión espacial.
   3. Seleccione el módulo AC/DC Physics | Campos y corrientes eléctricas | Corrientes eléctricas.
   4. Seleccione el módulo de transferencia de calor | Transferencia de calor en sólidos.
   5. Seleccione el módulo de Matemáticas | Interfaces PDE | Forma de coeficiente PDE.
   6. Sele....

Discusión

Presentamos un protocolo de modelado computacional para acoplar simulaciones electrotérmicas transitorias con simulaciones fluidodinámicas para estudiar el impacto de la hipertermia de RF en los perfiles de presión de fluidos térmicos e intersticiales en tumores. El aspecto clave está en la construcción de un flujo de trabajo numérico capaz de capturar la relación existente entre la temperatura y la presión vascular, que a su vez impulsa los cambios en la presión del líquido intersticial.

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
COMSOL Multiphysics (v. 6.0)	COMSOL AB, Stockholm, Sweden		Software used to implement the computational workflow described in the protocol
Dell 1.8.0, 11th Gen Intel(R) Core(TM) i7-11850H @ 2.50GHz, 2496 Mhz, 8 Core(s), 16 Logical Processor(s), 32 GB RAM	Dell Inc.		Laptop used to run computational simulations