Uma abordagem de modelagem computacional para investigar a influência da hipertermia no microambiente tumoral

Summary

O artigo descreve um protocolo para simular os perfis de temperatura transiente e a variação espaço-temporal acoplada da pressão do fluido intersticial após o aquecimento fornecido por um sistema de hipertermia por radiofrequência dipolar. O protocolo pode ser utilizado para avaliar a resposta de parâmetros biofísicos que caracterizam o microambiente tumoral a técnicas de hipertermia intervencionista.

Abstract

As propriedades biofísicas do microambiente tumoral diferem substancialmente dos tecidos normais. Uma constelação de características, incluindo diminuição da vascularização, falta de drenagem linfática e pressão intersticial elevada, diminui a penetração da terapêutica nos tumores. A hipertermia local dentro do tumor pode alterar as propriedades microambientais, como a pressão do fluido intersticial, potencialmente levando a melhorias na penetração do medicamento. Nesse contexto, modelos computacionais multifísicos podem fornecer informações sobre a interação entre os parâmetros biofísicos dentro do microambiente tumoral e podem orientar o projeto e a interpretação de experimentos que testam os bioefeitos da hipertermia local.

Este artigo descreve um fluxo de trabalho passo a passo para um modelo computacional acoplando equações diferenciais parciais descrevendo distribuição de corrente elétrica, transferência de biocalor e dinâmica de fluidos. O objetivo principal é estudar os efeitos da hipertermia fornecida por um aparelho de radiofrequência bipolar sobre a pressão do fluido intersticial dentro do tumor. O sistema de expressões matemáticas que ligam a distribuição de corrente elétrica, a transferência de biocalor e a pressão do fluido intersticial é apresentado, enfatizando as mudanças na distribuição da pressão do fluido intersticial que poderiam ser induzidas pela intervenção térmica.

Introduction

A pressão elevada do fluido intersticial (IFP) é uma característica dos tumores sólidos¹. O extravasamento de líquido para o interstício dos vasos sanguíneos hiperpermeáveis é desequilibrado pela saída de líquido devido a veias intratumorais comprimidas e linfáticos ausentes ^1,2,3. Em conjunto com outros parâmetros biofísicos que são anormais dentro do microambiente tumoral (TME), incluindo estresse sólido e rigidez, o IFP elevado prejudica a eficácia da administração sistêmica e local do medicamento

Protocol

1. Construa o modelo de um sistema de radiofrequência bipolar

1. Etapas preliminares para definir a interface
   1. Inicie o COMSOL Multiphysics e clique em Model Wizard.
   2. Selecione 3D como Dimensão de espaço.
   3. Selecione o módulo de física AC/DC | Campos e Correntes Elétricas | Correntes Elétricas.
   4. Selecione o módulo de transferência de calor | Transferência de cal.......

Discussion

Apresentamos um protocolo de modelagem computacional para acoplar simulações eletrotérmicas transitórias com simulações fluidodinâmicas para estudar o impacto da hipertermia de RF nos perfis de pressão de fluidos térmicos e intersticiais em tumores. O aspecto chave está na construção de um fluxo de trabalho numérico capaz de capturar a relação existente entre temperatura e pressão vascular, que por sua vez impulsiona as mudanças na pressão do fluido intersticial.

Usamos a rel.......

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