Ablación Electrolíca: Estudio in silico e in vitro de la Permeabilización del Tejido

SCHINCA, HERMAN; OLAIZ, NAHUEL; MARSHALL, GUILLERMO; TURJANSKI, PABLO

Buenos Aires

Workshop; Workshop Internacional Programa Raíces (MINCyT) - "La matemática como herramienta para entender la biología / la biología como fuente de problemas matemáticos"; 2015

Instituto de Cálculo - FCEyN - UBA

ResumenLa Ablación Electrolítica (EA) de tumores, también denominada Tratamiento Electroquímico de Tumores (EChT), consiste en el pasaje de corriente eléctrica continua a través de dos o más electrodos insertos localmente en el tejido a tratar, con el objetivo de destruirlo principalmente por necrosis [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Es sabido que, durante la EA, frentes de pH opuestos surgen de ambos electrodos (ácido en el ánodo y básico en el cátodo) hasta que los mismos colisionan en algún lugar entre ellos. Estas alteraciones de pH pueden ser utilizadas para predecir la extensión del área de tejido necrosada [7], la cual puede ser, en parte, atribuída a la electrocoagulación [6]. Algunos autores proponen también que la ablación se produce en parte a la electropermeabilización [8, 9]. Trabajos previos [3, 5] presentan modelos in silico que predicen de manera muy aproximada el avance de los frentes de pH. Sin embargo, dichos modelos no permiten observar de manera directa el área del tejido permeabilizada. El factor de permeabilización de la membrana celular es la facilidad con que las moléculas pueden atraversarla y depende principalmente de la carga eléctrica y, en menor medida, del tamaño de la molécula que atraviesa la misma [10]. En el presente trabajo se propone extender el modelo in silico desarrollado en [5], el cual utiliza ecuaciones de Nernst-Planck para modelar el transporte iónico, incorporándole un modelo de permeabilización tisular. Los resultados obtenidos son comparados con los de un modelo in vitro de yema de huevo. Las predicciones del modelo in silico muestran que la permeabilización no jugaría un papel importante en la ablación para esta terapia ya que este fenómeno sólo se produce en la región circundante al ánodo, mientras que el tejido necrosado ocupa las regiones tanto del ánodo como las del cátodo. Este resultado es significativo ya que descarta la hipótesis sugerida por algunos autores de que la ablación se debe a la electropermeabilización [8, 9], reforzándose cada vez más la hipótesis acerca de que, en realidad, son los frentes de pH extremos los causales de la destrucción del tejido.Referencias[1] Nordenstr¨m. Electrochemical treatment of cancer I: variable response to anodic and cathodic fields. Am J Clin Oncol: Cancer Clinical Trials, 12(6):530?536, 1989.[2] Y Xin. Organization and spread of electrochemical therapy (ECT) in China. Eur J Surg, Suppl 574:25?30, 1994.[3] E Nilsson, H von Euler, J Berendson, A Th¨rne, P Wers¨ll, I N¨slund, A Lagerstedt, K Narfstr¨m, and J Olsson. Electrochemical treatment of tumours. Bioelectrochemistry, 51:1?11, 2000.[4] L. Colombo, G. Gonz´lez, G. Marshall, F. Molina, A. Soba, C. Su´rez, and P. Turjanski. Ion transport in tumors under electrochemical treatment: in vivo, in vitro and in silico modeling. Bioelectrochemistry, 71(2):223?232, July 2007.[5] P Turjanski, N Olaiz, P Abou-Adal, C Su´rez, M Risk, and G Marshall. ph front tracking in the electrochemical treatment (EChT) of tumors: experiments and simulations. Electrochimica Acta, 54:6199?6206, 2009.[6] N Olaiz, C Su´rez, M Risk, F Molina, and G Marshall. Tracking protein electrodenaturation fronts in the electrochemical treatment of tumors. Electrochemistry Communications, 12:1388?2481, 2009.[7] J Finch, B Fosh, A Anthony, E Slimani, M Texler, D Berry, A Dennison, and G Maddern. Liver electrolysis: ph can reliably monitor the extent of hepatic ablation in pigs. Clin Sci (Lond), 102(4):389?395, 2002.[8] M. Shawki, M. Elblbesy, T. Shalaby, M. Qotb, and Y. Youssef. Comparative study on the efficiency of using pulsed and direct current electrochemotherapy in treating ehrlich tumor. International Journal of Biomedical Science, 8(1):16?21, 2012.[9] Li Jing-Hong and Xin Yu Ling. Electrochemical therapy of tumors. In Conference Papers in Science, volume 2013. Hindawi Publishing Corporation, 2013.[10] Kambiz Vafai. Porous media: applications in biological systems and biotechnology. CRC Press, 2010.