ENCAPSULAMENTO DE MATRIZES CERÂMICAS PARA APLICAÇÃO EM BRAQUITERAPIA
M. R. Rocha, A. M. M. dos Santos, W.B. Barbosa Caixa Postal 941, s/n, CEP: 30123-970
Belo Horizonte, MG, Brasil. miriam_ufmg@yahoo.com.br
Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN)
RESUMO
Fontes de braquiterapia para tratamento de câncer prostático são colocadas diretamente na próstata minimizando os efeitos da radiação em tecidos sadios próximos ao tumor. Essas fontes, também chamadas de sementes, consistem
basicamente de um substrato contendo um radionuclídeo (125I ou 103Pd) e um
marcador radiopaco (Au, W, Pt) encapsulados num tubo de titânio selado nas extremidades com solda a laser. Os materias e respectivas geometrias utilizados na confecção dessas fontes são específicos de cada fabricante. Empregando-se técnicas de prensagem e moldagem foram desenvolvidos encapsulamentos poliméricos de matrizes cerâmicas de sílica-tungstênio impregnadas com solução inerte de iodeto de sódio. Os encapsulamentos obtidos por prensagem e moldagem mostraram-se íntegros, transparentes e com aspecto não quebradiço. A presença de bolhas foi observada nos encapsulamentos obtidos pela técnica de moldagem.
Palavras-chave: braquiterapia, encapsulamento, polímeros.
1 - INTRODUÇÃO
As duas últimas décadas testemunharam um considerável avanço no tratamento do câncer, tendo-se a cura como objetivo terapêutico real em cerca de 50% dos tumores diagnosticados(1). A braquiterapia é um tratamento radioterápico
para tratamento de tumores malignos em que pequenas fontes radioativas (sementes) são colocadas próximas à região a ser tratada minimizando os efeitos da radiação em tecidos sadios próximos ao tumor (2).
No caso de câncer prostático emprega-se a braquiterapia intersticial permanente sendo utilizadas sementes contendo radionuclídeos de vida curta tais como 125I (t1/2 = 60,2 dias) e 103Pd (t1/2 = 17 dias), as quais são implantadas
diretamente na próstata. Como a emissão de radiação decai totalmente em poucos meses, estas sementes não são removidas após o tratamento (2).
As sementes consistem basicamente de um substrato contendo o radionuclídeo, um marcador radiopaco e um encapsulamento biocompatível. O radionuclídeo mais utilizado nesse tipo de fonte é o 125I encapsulado em tubo de titânio sendo que existem vários modelos de substratos e marcadores já patenteados (3-6).
Um tipo de substrato muito usado é fio de prata impregnado com solução de iodeto de sódio (Na125I) encapsulado em tubo de titânio. Neste caso a prata atua como substrato para o iodo e como marcador de raios X (7).
Uma alternativa ao encapsulamento com titânio é a utilização de materiais a base de polímeros para confecção dos encapsulamentos tendo como principais vantagens a substituição da técnica de selagem por solda a laser levando a uma redução do custo de fabricação das sementes e, também, a uma distribuição mais uniforme de dose de radiação em torno da semente (8).
Neste trabalho são empregadas técnicas de prensagem e moldagem no desenvolvimento de encapsulamentos poliméricos em matrizes cerâmicas de sílica-tungstênio impregnadas com solução inerte de iodeto de sódio.
2 - MATERIAIS E MÉTODOS
As técnicas de prensagem e moldagem foram empregadas no desenvolvimento de encapsulamentos com polímeros. Com a técnica de prensagem trabalhou-se com polímero a base de flúor e com a de moldagem com polímeros poliéster e acrílico.
O encapsulamento consistiu em formar um invólucro polimérico em torno de uma matriz cerâmica impregnada com iodo inerte para impedir a saída do iodo para o meio externo. Nos testes de encapsulamento foram utilizadas matrizes cerâmicas impregnadas e sem impregnação.
As matrizes cerâmicas foram obtidas pelo processo sol-gel utilizando-se água deionizada, etanol, TEOS, precursor de tungstênio, HF e HCl (9). Com esses reagentes, obteve-se uma mistura homogênea que foi vazada em moldes cilíndricos.
Após a gelação, os géis foram envelhecidos e secados nas temperaturas de 600C e 1000C, durante 48 horas e, em seguida, tratados termicamente à temperatura de 700
0 C em forno tipo mufla. Algumas matrizes foram impregnadas com solução inerte de
iodeto de sódio simulando as mesmas condições da solução com iodo radioativo. Para os testes de prensagem, foi desenvolvida uma matriz de aço inox com diâmetro de 2,5 mm e comprimento de aproximadamente 10 mm.
Alguns testes preliminares de prensagem foram realizados seguidos de tratamentos térmicos, sem a presença da matriz cerâmica, para estabelecimento dos seguintes parâmetros: pressão de compactação, temperatura e tempo.
O teste de prensagem consistiu inicialmente em preencher a matriz com uma quantidade apropriada de polímero na forma de pó, colocar no centro da matriz de prensagem uma matriz cerâmica cilíndrica e em seguida prensar o conjunto numa prensa hidráulica (Ciola, modelo AC10) com ajuste da pressão de compactação. Após a prensagem a semente (matriz cerâmica encapsulada com polímero) foi tratada termicamente ao ar em forno tipo mufla (Lavoisier, modelo 402 D) à temperatura de 160 ºC, com uma taxa de aquecimento de 10 ºC/min, por um período de 1 h.
Para os testes de moldagem com polímeros poliéster (resina ortoftálica de poliéster insaturado dissolvida em estireno) e acrílico (monômero de Metil Metacrilato) foi desenvolvida uma matriz em Teflon® com diâmetro de 1,3 mm e comprimento aproximado 8 mm.
O polímero líquido foi moldado nesse molde de Teflon® colocando-se a matriz cerâmica na cavidade formada. Após a inserção da matriz cerâmica, o conjunto matriz/encapsulamento foi deixado em repouso para o endurecimento total do polímero.
O processo de endurecimento do polímero foi feito à temperatura ambiente e à temperatura de 100 ºC, durante 1h, em estufa com controle de temperatura (ICAMO, modelo3).
Para avaliação das características das sementes após a prensagem e moldagem, quanto à presença de trincas, bolhas e integridade das matrizes cerâmicas, elas foram preparadas pelas técnicas usuais da ceramografia ou seja, embutimento, lixamento com lixas de carbeto de silício e polimento com pastas de diamante. Após a preparação ceramográfica, as sementes foram observadas e fotografadas no estereomicroscópio (Carl Zeiss, modelo Stemi 2000C).
3 – RESULTADOS E DISCUSSÃO
Através de inspeção visual verificou-se que os encapsulamentos poliméricos após a prensagem ficaram íntegros e transparentes permitindo a visualização da matriz cerâmica inserida.
Na Figuras 1 é mostrada uma matriz cerâmica ceramografada e observada no estereomicroscópio. Como a matriz cerâmica encapsulada foi embutida em resina cor de rosa, a região do encapsulamento é a parte mais clara e bem densa sem a presença de pequenas bolhas. Observa-se nessa figura que o encapsulamento polimérico ficou sem trincas e bem consolidado e que aparece uma região amarelada em torno da matriz cerâmica, provavelmente devido à liberação de uma certa quantidade de iodo dos poros dessa matriz. A presença de uma trinca na matriz cerâmica mostra que a impregnação com solução inerte de iodeto de sódio pode tê-la deixado menos resistente à pressão de compactação. Para evitar a ocorrência de trincas, deve-se diminuir a pressão de compactação ou melhorar a resistência da matriz cerâmica impregnada. O aspecto de diminuição do diâmetro ao longo da matriz cerâmica é devido a problemas de preparação ceramográfica.
6,3X
Figura 1: Aspecto da cápsula com matriz cerâmica após prensagem.
Os encapsulamentos obtidos com a técnica de moldagem com polímeros poliéster e acrílico mostraram-se com aspecto não quebradiço, íntegros e transparentes permitindo a inspeção visual da matriz cerâmica no seu interior. Nas Figuras 2 e 3 são mostrados os encapsulamentos obtidos com polímero poliéster e nas Figuras 4 e 5 os obtidos com polímero acrílico, todos observados no estereomicroscópio para melhor visualização. Como não se observaram diferenças significativas nesses encapsulamentos com a temperatura de endurecimento dos polímeros, os resultados apresentados abaixo são os obtidos com o endurecimento do polímero à temperatura ambiente.
Na Figura 2 é mostrado o encapsulamento de uma matriz cerâmica sem impregnação com solução inerte de iodeto de sódio. Vê-se nesta figura que aparece uma região com muitas bolhas. Nessa região está a matriz cerâmica. A presença dessas bolhas pode ser devido à liberação de ar do interior dos poros da matriz cerâmica.
8X
Figura 2: Aspecto do encapsulamento de matriz cerâmica sem impregnação.
Na Figura 3 tem-se o encapsulamento da matriz cerâmica impregnada com solução inerte de iodeto de sódio. Observa-se nesta figura que o encapsulamento ficou transparente e íntegro com a matriz cerâmica mais centralizada e alinhada em relação ao diâmetro do encapsulamento. Pode-se observar, também, que houve a formação de algumas bolhas bem grandes no interior do encapasulamento. A cor amarelada é devida à presença do iodo na matriz cerâmica.
Figura 3: Aspecto do encapsulamento de matriz cerâmica impregnada com solução inerte de iodeto de sódio.
Nas Figuras 4 e 5 são mostradas matrizes cerâmicas encapsuladas com polímero acrílico. Na Figura 4 a matriz cerâmica não foi impregnada com solução
inerte de iodeto de sódio enquanto que na Figura 5 a matriz cerâmica foi impregnada com esta solução. Observa-se, nestas figuras, que o encapsulamento ficou transparente, íntegro e aspecto não quebradiço mas a matriz cerâmica ficou descentralizada e desalinhada em relação ao diâmetro do encapsulamento.
Ainda nessas figuras, observa-se na Figura 4 a presença de pequenas bolhas que se formaram devido à presença de ar nos poros da matriz cerâmica e na Figura 5, a presença de bolhas maiores.
Figura 4: Encapsulamento com polímero acrílico de matriz cerâmica sem impregnação.
Figura 5: Encapsulamento com polímero acrílico de matriz cerâmica impregnada com solução inerte de iodeto de sódio.
Verifica-se com os resultados apresentados que a técnica de prensagem foi a que permitiu a obtenção de encapsulamento sem presença de trincas e bolhas. Já
com a técnica de moldagem, observa-se a presença de pequenas bolhas no caso de matriz cerâmica sem impregnação e a presença de bolhas maiores com matrizes cerâmicas impregnadas com solução inerte de iodeto de sódio. Observa-se, que na maioria dos encapsulamentos com a técnica de moldagem ocorreu uma descentralização e desalinhamento da matriz cerâmica com relação ao diâmetro do encapsulamento.
Todos esses problemas podem ser contornados trabalhando-se na estrutura de poros da matriz cerâmica e, também, melhorando-se o projeto de confecção do molde.
4 – CONCLUSÕES
Com os polimeros trabalhados foram obtidos resultados muito importantes como integridade, transparência e aspecto não quebradiço dos encapsulamentos. Alguns problemas foram detectados como presença de trinca na matriz cerâmica após a prensagem, presença de bolhas, descentralização e desalinhamento da matriz cerâmica com relação ao diâmetro do encapsulamento principalmente com a técnica de moldagem.
O encapsulamento polimérico com a técnica de prensagem mostrou-se bem promissor não apresentado trincas e ficando bem consolidado. Com a técnica de moldagem alguns problemas necessitam ser contornados trabalhando-se na estrutura de poros da matriz cerâmica e, também, melhorando-se o projeto de confecção do molde.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG) pelo apoio financeiro recebido.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Bases do Tratamento do Câncer; Capítulo 6: Ações de Enfermagem para o Controle do Câncer, 263-270. .
2. GODDEN, T.J, Physical Aspects of Brachytherapy. Bristol: Adam Hilger, 1988.
3. SLATER, C.R. et al, Radioactive Therapeutic Seeds and Methods of Making the Same, Patente Nº US 6210316, 2001.
4. KUBIATOWICZ, D. O., Radioactive Iodine Seed, Patente Nº US4323055, 1982.
5. LAWRENCE, D. C., Therapeutic Metal Seed Containing With-in a Radioactive Isotope Disposed on a Carrier and Method of Manufacture, Patente Nº US3351049, 1967.
6. McGOVERN, J.J., OLYNYK, J.M., Process for deposing I-125 onto a substrate used to manufacture I-125 sources. Patente Nº 4729903, 1988.
7. KAPLAN, E.J.; Polymeric Imagable Brachytherapy Seed; Patente Nº WO02068000; 2002.
8. RUSSELL, J.L. et al., Plastic Brachytherapy Sources; Patent Nº US2006224035; 2006.
9. BRINKER, C.J., SHERER, G.W., Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing. San Diego: Harcourt Brace & Company, 1990.
ENCAPSULATION OF CERAMIC MATRICES FOR BRACHYTHERAPY APPLICATION
ABSTRACT
Brachytherapy sources to treat prostate cancer are placed directly into the diseased tissue minimizing the radiation effects surrounding healthy tissue. These sources, named seeds, consist basically of a core with a radiopaque marker (Au, W, Pt) and radioisotope (125I or 103Pd) carrier encapsulated in a titanium tube sealed with laser weld. The materials and geometric architecture of internal components of these sources are specific to each manufacturer. Ceramic matrices impregnated with iodine solution or without impregnation are encapsulated with polymers through pressing and molding techniques. The polymeric encapsulations obtained showed properties as integrity, transparency to visible light and stiffness. The presence of bubbles was observed in polymeric encapsulations by molding technique.
