Un approccio di modellazione computazionale per studiare l'influenza dell'ipertermia sul microambiente tumorale

Summary

L'articolo descrive un protocollo per simulare i profili di temperatura transitori e la variazione spazio-temporale accoppiata della pressione del fluido interstiziale a seguito del riscaldamento erogato da un sistema di ipertermia a radiofrequenza dipolare. Il protocollo può essere utilizzato per valutare la risposta dei parametri biofisici che caratterizzano il microambiente tumorale alle tecniche di ipertermia interventistica.

Abstract

Le proprietà biofisiche del microambiente tumorale differiscono sostanzialmente dai tessuti normali. Una costellazione di caratteristiche, tra cui la diminuzione della vascolarizzazione, la mancanza di drenaggio linfatico e l'elevata pressione interstiziale, riduce la penetrazione delle terapie nei tumori. L'ipertermia locale all'interno del tumore può alterare le proprietà microambientali, come la pressione del fluido interstiziale, portando potenzialmente a miglioramenti nella penetrazione del farmaco. In questo contesto, i modelli computazionali multifisici possono fornire informazioni sull'interazione tra i parametri biofisici all'interno del microambiente tumorale e possono guidare la progettazione e l'interpretazione di esperimenti che testano i bioeffetti dell'ipertermia locale.

Questo articolo descrive un flusso di lavoro passo-passo per un modello computazionale che accoppia equazioni differenziali alle derivate parziali che descrivono la distribuzione della corrente elettrica, il trasferimento di biocalore e la dinamica dei fluidi. L'obiettivo principale è quello di studiare gli effetti dell'ipertermia erogata da un dispositivo bipolare a radiofrequenza sulla pressione del fluido interstiziale all'interno del tumore. Viene presentato il sistema di espressioni matematiche che collegano la distribuzione della corrente elettrica, il trasferimento di biocalore e la pressione del fluido interstiziale, sottolineando i cambiamenti nella distribuzione della pressione del fluido interstiziale che potrebbero essere indotti dall'intervento termico.

Introduction

L'elevata pressione del liquido interstiziale (IFP) è un segno distintivo dei tumori solidi¹. La fuoriuscita di liquido nell'interstizio dai vasi sanguigni iperpermeabili è sbilanciata dall'uscita di liquido a causa della compressione delle vene intratumorali e dell'assenza di linfatici ^1,2,3. Di concerto con altri parametri biofisici anormali all'interno del microambiente tumorale (TME), tra cui lo stress solido e la rigidità, un elevato IFP mina l'efficacia della somministrazione sistemica e locale di farmaci ^4,5,6<....

Protocol

1. Costruire il modello di un sistema bipolare a radiofrequenza

1. Passaggi preliminari per impostare l'interfaccia
   1. Avviate COMSOL Multiphysics e cliccate su Model Wizard.
   2. Selezionare 3D come dimensione spaziale.
   3. Seleziona il modulo di fisica AC/DC | Campi e correnti elettriche | Correnti elettriche.
   4. Seleziona il modulo di trasferimento del calore | Trasferimento di .......

Discussion

Presentiamo un protocollo di modellazione computazionale per accoppiare simulazioni elettrico-termiche transitorie con simulazioni fluidodinamiche per studiare l'impatto dell'ipertermia RF sui profili di pressione dei fluidi termici e interstiziali nei tumori. L'aspetto chiave è la costruzione di un flusso di lavoro numerico in grado di catturare la relazione esistente tra temperatura e pressione vascolare, che a sua volta guida le variazioni della pressione del fluido interstiziale.

Abbiamo .......

Materials

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