Une approche de modélisation computationnelle pour étudier l’influence de l’hyperthermie sur le microenvironnement tumoral

Résumé

L’article décrit un protocole permettant de simuler les profils de température transitoires et la variation spatio-temporelle couplée de la pression du fluide interstitiel suite à l’échauffement délivré par un système d’hyperthermie radiofréquence dipolaire. Le protocole peut être utilisé pour évaluer la réponse des paramètres biophysiques caractérisant le microenvironnement tumoral aux techniques d’hyperthermie interventionnelle.

Résumé

Les propriétés biophysiques du microenvironnement tumoral diffèrent considérablement de celles des tissus normaux. Une constellation de caractéristiques, notamment une diminution de la vascularisation, un manque de drainage lymphatique et une pression interstitielle élevée, diminue la pénétration des traitements dans les tumeurs. L’hyperthermie locale au sein de la tumeur peut modifier les propriétés microenvironnementales, telles que la pression du liquide interstitiel, ce qui peut entraîner une amélioration de la pénétration des médicaments. Dans ce contexte, les modèles computationnels multiphysiques peuvent donner un aperçu de l’interaction entre les paramètres biophysiques au sein du microenvironnement tumoral et peuvent guider la conception et l’interprétation d’expériences qui testent les effets biologiques de l’hyperthermie locale.

Cet article décrit un flux de travail étape par étape pour un modèle informatique couplant des équations aux dérivées partielles décrivant la distribution du courant électrique, le transfert de biochaleur et la dynamique des fluides. L’objectif principal est d’étudier les effets de l’hyperthermie délivrée par un appareil de radiofréquence bipolaire sur la pression du liquide interstitiel à l’intérieur de la tumeur. Le système d’expressions mathématiques reliant la distribution du courant électrique, le transfert de biochaleur et la pression du fluide interstitiel est présenté, en mettant l’accent sur les changements dans la distribution de la pression du fluide interstitiel qui pourraient être induits par l’intervention thermique.

Introduction

Une pression liquidienne interstitielle élevée (IFP) est une caractéristique des tumeurs solides¹. La fuite de liquide dans l’interstitium à partir de vaisseaux sanguins hyperperméables est déséquilibrée par l’évacuation de liquide due à des veines intratumorales comprimées et à l’absence de lymphatiques ^1,2,3. De concert avec d’autres paramètres biophysiques anormaux dans le microenvironnement tumoral (TME), y compris le stress solide et la rigidité, un IFP élevé compromet l’efficacité de l’administration systémique et locale de médicaments

Protocole

1. Construire le modèle d’un système de radiofréquence bipolaire

1. Étapes préliminaires de configuration de l’interface
   1. Lancez COMSOL Multiphysics et cliquez sur Model Wizard.
   2. Sélectionnez 3D comme dimension spatiale.
   3. Sélectionnez le module de physique AC/DC | Champs et courants électriques | Courants électriques.
   4. Sélectionnez le module de transfert de chaleur | Transfert de chaleur dans les solides.
   5. Sélectionner le module Mathématiques | Interfaces PDE | Forme du coefficient PDE.

Discussion

Nous présentons un protocole de modélisation informatique pour coupler des simulations électro-thermiques transitoires avec des simulations de dynamique des fluides afin d’étudier l’impact de l’hyperthermie RF sur les profils de pression des fluides thermiques et interstitiels dans les tumeurs. L’aspect clé réside dans la construction d’un flux de travail numérique capable de capturer la relation existant entre la température et la pression vasculaire, qui à son tour entraîne les changements de pressi.......

matériels

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