Modelagem matemática de tecidos biológicos e géis condutores em eletroquimioterapia

Abstract

A eletroquimioterapia (ECT) é um tratamento de câncer que combina a quimioterapia e a eletroporação (EP). O aumento da permeabilidade celular causada pela EP, através da aplicação de pulsos de campo elétrico, facilita a entrada dos quimioterápicos para o interior das células. O tratamento apresenta como um dos principais benefícios a seletividade tumoral. Por ser necessário um campo elétrico adequado em intensidade e tempo de exposição para provocar a EP nos tecidos biológicos, modelos matemáticos e simulações visam reproduzir o comportamento dos tecidos sob o estímulo de EP, possibilitando prever o resultado do tratamento. Neste trabalho, foram revisados os modelos matemáticos de EP em tecidos biológicos, visando identificar os parâmetros específicos de cada tecido encontrado na literatura, bem como os tipos de simulação e técnicas empregadas. Foram realizadas medições de impedância no tecido da língua e um modelo matemático de EP para o tecido da língua foi desenvolvido. Além disso, a partir de casos clínicos em humanos e animais, foi feito um estudo da ECT em tumores de língua, com objetivo de aprimorar esta modalidade de tratamento que ainda é pouco explorada. Os modelos matemáticos também foram empregados na análise de géis condutivos na ECT, onde através de experimentos em tecido vegetal, foi demonstrada a eficácia dos géis condutivos em homogeneizar o campo elétrico. A partir disso, foi proposta a otimização da condutividade dos géis na etapa de pré tratamento e a avaliação de segurança elétrica e térmica do uso dos géis.

Electrochemotherapy (ECT) is a cancer treatment that combines chemotherapy and electroporation (EP). The increase in cell membrane permeability induced by EP, through the application of electric field pulses, facilitates the uptake of chemotherapeutic agents into the cells. One of the main advantages of this treatment is tumor selectivity. Since an appropriate electric field strength and exposure time are required to induce EP in biological tissues, mathematical models and simulations are employed to reproduce tissue behavior under EP stimulation, thereby enabling prediction of treatment outcomes. In this work, mathematical models of EP in biological tissues were reviewed in order to identify tissue-specific parameters reported in the literature, as well as the types of simulations and computational techniques employed. Impedance measurements were performed on tongue tissue, and a mathematical model of EP for tongue tissue was developed. Furthermore, based on clinical cases in humans and animals, a study of ECT in tongue tumors was performed with the aim of advancing this treatment modality, which remains relatively underexplored. Mathematical models were also applied to the analysis of conductive gels in ECT, where experiments on plant tissue demonstrated the effectiveness of conductive gels in homogenizing the electric field. Based on these findings, optimization of gel conductivity during the pre-treatment stage and assessment of the electrical and thermal safety of gel application were proposed.