Sumant forces en la lluita contra el càncer de fetge

Segons la mitologia grega, Prometeu va robar el foc de la muntanya Olinpo i el va lliurar als humans. Llavors, Zeus ho castiga, ho va lligar en una roca i durant una temporada va enviar una àguila a menjar totes les nits els trossos del seu fetge. No obstant això, al matí següent, cada vegada, Prometeu es recuperava del fetge, però a la nit l'àguila tornava a massacre en el ventre. Així per sempre. Moltes vegades s'ha dit que el fetge de Prometeu representa alhora la fortalesa i la feblesa de l'ésser humà, destruït cada nit i creat cada matí.

Aquest passatge demostra que des de l'antiguitat es coneix el caràcter especial i la importància del fetge. I és que el fetge és un dels òrgans més importants de l'ésser humà i, en general, dels animals vertebrats. Així, el càncer provoca un munt de morts en atacar el fetge, el segon dels més letals [1]. A més, entre un 60% i un 80% dels pacients amb càncer de còlon, pàncrees o mama pateixen metàstasis hepàtiques, és a dir, els tumors generats fora del fetge s'estenen al fetge [2]. És evident, per tant, que les recerques sobre el càncer de fetge són molt importants. Gràcies a ells han arribat tractaments com la denominada radioembolización. En els últims anys aquesta última s'està imposant.

En les següents línies s'explicaran les aportacions d'interès que poden fer els enginyers industrials a la radioembolización i a la medicina en general. Per a afrontar nous reptes cada vegada més complexos és necessari que professionals de diferents àmbits treballin en la mateixa direcció, en col·laboració. L'autor ha col·laborat amb els metges de la Clínica Universitat de Navarra. En concret, durant la seva tesi doctoral ha analitzat la radioembolización i diverses variables que poden influir en el tractament.

Radioembolización

L'embolización consisteix a obstruir (tancar) els vasos sanguinis, en definitiva impedir el transport de la sang. La irradiació és l'ús terapèutic de l'energia radioactiva.

Durant la radioembolización, el metge realitza una incisió en l'artèria femoral (zona inguinal), on introdueix un catèter de diàmetre aproximat 1 mm. Després ho porta manualment fins a l'artèria hepàtica (artèria hepàtica). Una vegada situat l'extrem del catèter en l'artèria hepàtica injecta microesferas radioactives de 32 ?m de diàmetre (i presents en l'aigua). El flux sanguini transporta les microesferas. L'objectiu és transferir les partícules radioactives als tumors i minimitzar la irradiació de les parts sanes del fetge (veure figura 1).

Les microesferas porten adherit un radioisòtop itri-90 (emet irradiació beta entorn de 2,5 mm de retorn, amb una vida mitjana de 2,6 dies). El tractament dura aproximadament una hora i normalment el pacient torna a casa el mateix dia.

No obstant això, abans de xeringar les microesferas que constitueixen una font de radiació en el cos, és necessari un tractament previ que asseguri l'arribada de les partícules al lloc adequat. El pretractament es realitza amb partícules innòcues. Així, mitjançant imatges mèdiques s'analitza la destinació de les microesferas. Aquest estudi serveix per a determinar la posició del catèter en el tractament (sensu estricte) i la velocitat amb la qual s'injecten les microesferas.

El tractament és segur i efectiu. No obstant això, cal tenir en compte que el metge col·loca el catèter de manera manual i recita microesferas a mà. Per tant, si la localització del catèter i la velocitat d'injecció de partícules no són exactes, i per tant s'irradien zones que no han de ser tractades, poden sorgir problemes com a hepatitis, pneumònia i úlceres estomacals i intestinals.

Enginyers sumant l'exèrcit de la radioembolización

La radioembolización és un tractament realment complex, ja que requereix la col·laboració dels intervencionistes de radiologia, oncòlegs de radiació, metges nuclears, etc. (físics mèdics, hepatólogos, etc.). En la citada tesi, els enginyers es van unir a aquest gran grup amb l'objectiu d'analitzar la dinàmica del flux sanguini en l'artèria hepàtica i el comportament de les seves partícules.

Figura . Resultats de les simulacions: velocitat de flux sanguini i injecció en la zona pròxima a l'extrem del catèter i localització de les microesferas. ED. : Jorge Aramburu Montenegro.

Durant l'estudi s'ha utilitzat l'eina Computational Fluïu Dynamics (CFD) per a simular el flux sanguini i el transport de microesferas. El CFD considera la geometria, les equacions del fenomen físic i les condicionis límit. La geometria consisteix a definir en quines zones s'estudiarà el flux sanguini i el transport de microesferas. Per contra, les equacions del fenomen físic defineixen el flux sanguini i el transport de les microesferas. Finalment, l'establiment de les condicions límit implica la col·locació de determinades característiques en els límits de la zona objecte d'estudi, tant pel que fa al flux sanguini (pressió i velocitat) com a les microesferas (velocitat).

Una adequada definició dels tres components permet elaborar un model fiable. I, per descomptat, les simulacions realitzades amb un model fiable representen la pressió i velocitat de la sang i la velocitat de les partícules. En la figura 2 es pot observar, per exemple, la velocitat del flux sanguini al voltant del catèter i la localització de les microesferas.

Però cal tenir clar que en l'anàlisi només es pot analitzar el que ocorre en la primera part del transport. De moment, no és possible veure com viatgen les microesferas a través de petites artèries, ni l'efecte de la irradiació en el tumor. Per això, en la recerca, direm que la radioembolización és un èxit si les microesferas surten de les sortides esperades, és a dir, dels conductes que subministren sang als tumors (Figura 1).

Paràmetres analitzats

La recerca basada en simulacions CFD s'ha realitzat amb l'objectiu de donar resposta a les fonts de discussió oposades en la literatura i a les inquietuds dels metges de la Clínica Universitat de Navarra. Per a això es van seleccionar una sèrie de paràmetres que semblaven influir en el resultat de la radioembolización. La figura 3 pot ajudar a comprendre els paràmetres que s'enumeren a continuació, ja que resumeix gràficament les variables.

? Estat de malaltia del fetge: relacionat amb la grandària, localització i tipus dels tumors. Afecta a la demanda sanguínia del fetge i, per tant, a la capacitat de prendre microesferas.

? Densitat, grandària i quantitat de les microsferas: les microesferas utilitzades en pretractament i tractament són diferents.

? Velocitat d'injecció de microsferas: és difícil reproduir en tractament aquest paràmetre especificat en el pretractament, ja que, com ja s'ha indicat, el metge injecta les partícules manualment.

Figura . Resum gràfic dels paràmetres estudiats. ED. : Jorge Aramburu Montenegro.

? Proximitat de la punta del catèter a la bifurcació del vas sanguini.

? Posició longitudinal de l'extrem: aquí també és difícil repetir en tractament l'especificat en el pretractament.

? Posició radial de l'extrem: un altre punt.

? Direcció distal del catèter: el mateix.

? Tipus de catèter: en l'actualitat existeixen nombroses recerques sobre el disseny en marxa. En la recerca a la qual es refereix aquest article s'ha estudiat el catèter estàndard i el catèter que evita el reflux (vegeu el “Tipus de catèter” de la figura 3).

Cal no oblidar que la modificació d'algun paràmetre modifica la distribució de les microesferas i la seva destinació. A més, la col·locació d'un catèter en l'artèria suposa la modificació de les característiques hemodinàmiques (pressió i velocitat) del flux sanguini, que a l'ésser una barrera física condiciona el flux natural. Com a conseqüència, la trajectòria i distribució de les microsferas varia. Per això, és molt important conèixer per endavant les característiques del flux sanguini pròxim a l'extrem del catèter.

Si bé en la tesi s'ha analitzat la influència de cadascun dels vuit paràmetres de la llista, aquí s'explicarà la situació del catèter, probablement la variable més important.

Importància de la ubicació del catèter

En fer el tall i introduir el catèter hi ha dues opcions principals: que l'extrem del catèter quedi prop d'alguna de les ramificacions de l'artèria o que quedi allunyat (veure “extrem pròxim o no a la ramificació” de la figura 3). La resta de paràmetres relacionats amb la ubicació del catèter són la posició longitudinal de l'extrem, la posició radial de l'extrem, la direcció distal del catèter i el tipus de catèter (veure figura 3).

Figura . Localització de l'extrem del catèter i la seva influència. En el cas superior, la radioembolización reeixida: els tumors són bombardejats, només els tumors. Fracàs en el cas inferior: s'ha desplaçat l'extrem del catèter 5 mm (respecte al cas superior), per la qual cosa un dels tumors no ha estat bombardejat i a més s'han irradiat teixits sans del fetge. ED. : Jorge Aramburu Montenegro.

Si la injecció es realitza lluny de la bifurcació, la distribució de les microesferas adopta la forma de flux sanguini, alineant-les amb el flux sanguini. En aquest cas, els canvis en la resta de paràmetres no afecten la distribució de les microsferas. No obstant això, si les partícules es xiringen prop de la bifurcació, els canvis en els paràmetres condicionen la distribució de les microesferas.

La figura 4 mostra clarament que una diferència de poc més de 5 mm (longitud d'una formiga) té una gran influència en la distribució de les partícules. La xiringación pròxima (cas superior) és el resultat d'una reeixida radioembolización que consisteix a transferir les microesferas a tots dos tumors (irradiació de tots dos tumors). Lluny, no obstant això, no. En el segon cas, un dels tumors no ha estat irradiat i, a més, el fetge sa ha estat bombardejat.

Reflexions finals

El que és clar des de l'època de Prometeu o des d'abans és que la salut és la principal responsabilitat humana.

A més, els enginyers Sznitman i Steinman han previst que les recerques amb el CFD seran importants en els pròxims anys [3]. Serviran per a crear nous tractaments o millorar els existents, cuidat amb els malalts de càncer!

Hi ha molt a fer, però convé anar pas a pas, “ràpid i bé, els coloms volant”.

Referències

Treball presentat als premis CAF-Elhuyar.