TÍTULO: ESTUDO DA TERAPIA FOTODINÂMICA EM CÉLULAS CANCERÍGENAS
TÍTULO:
CATEGORIA: CONCLUÍDO
CATEGORIA:
ÁREA: ENGENHARIAS E ARQUITETURA
ÁREA:
SUBÁREA: ENGENHARIAS
SUBÁREA:
INSTITUIÇÃO: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE SÃO PAULO
INSTITUIÇÃO:
AUTOR(ES): SUÉLEN GÓES DE SOUZA
AUTOR(ES):
ORIENTADOR(ES): TALITHA NICOLETTI REGIS
1. RESUMO
O câncer é uma das doenças mais prevalecentes em todo o mundo. Esta doença é considerada um problema de saúde pública, principalmente em países em desenvolvimento, em que a estimativa do impacto do câncer supera a faixa de 15 milhões de novos casos até 2025 (INCA).
Diversos são os tratamentos para o câncer como, por exemplo, quimioterapia, radioterapia, cirurgias, terapia fotodinâmica (TFD). Os dois primeiros métodos citados são considerados como os tradicionais no combate ao câncer, no entanto, esses apresentam severos efeitos colaterais ao paciente. Devido a esses efeitos tem surgido estudos de novos tratamentos que visem, prioritariamente, minimizar os efeitos indesejáveis. A terapia por luzes ou terapia fotodinâmica como é conhecida essa terapia alternativa, em que seus efeitos colaterais – quando comparado aos de outros tipos de tratamento – são considerados menos dolorosos. A TFD consiste em uma série de tratamentos à base de processos fotoquímicos, onde é aplicado, no tecido a ser tratado, substâncias fotossensibilizantes que são ativadas quando expostas a um determinado comprimento de onda de uma luz, isso vai produzir uma forma ativa de oxigênio que vai ocasionar a destruição das células cancerígenas.
A fototerapia dinâmica vem sendo muito explorada como uma alternativa clínica no tratamento de células cancerígenas.
2. INTRODUÇÃO
As células cancerígenas, também denominadas de neoplasias - que significa “crescimento celular desorganizado”-, se espalham pelo corpo, invadem tecidos adjacentes e normalmente formam metástase, ou seja, invadem tecidos e órgãos
secundários e distantes1,2.
Atualmente, existem diversos métodos para tratamento de câncer e em alguns casos é necessário combinar mais de uma modalidade – TFD, quimioterapia, cirurgia, radioterapia. A terapia fotodinâmica é um tratamento que emprega a combinação de oxigênio, luz e um material fotossensibilizante e vem sendo utilizado em diversos tipos de câncer e outras patologias. Funciona por meio de reações fotoquímicas, em que moléculas fotossensibilizadoras são ativadas quando expostas a um determinado comprimento de onda de uma luz. Estudos apontam que a TFD pode ter poder de
As fontes de luz usadas em tratamentos fotodinâmicos são lâmpadas
fluorescentes, lasers de baixa potência, diodo emissor de luz (LED – light emitting
diode) e o display de cristal líquido (LCD – liquid Crystal display), sendo os dois últimos
os mais comuns encontrados no mercado. Para terapias fotodinâmicas é preciso ter luz com frequência ressonante que possua um nível de absorção óptica da referida
substancia4.
3. OBJETIVOS
O objetivo deste trabalho é compreender a aplicação da terapia fotodinâmica no tratamento de células cancerígenas (focando no câncer de pele); distinguir e
compreender os efeitos dessa terapia em relação as terapias tradicionais –
radioterapia, quimioterapia; entender qual o comprimento de onda mais adequado para cada aplicação; desenvolver um circuito elétrico o qual possa ser usado em equipamentos de TFD.
4. METODOLOGIA
Para realização deste estudo foi feita uma revisão de literatura, seguida de um desenvolvimento experimental onde foi simulado, no Multisim, um circuito elétrico. Após essa simulação foi realizado uma montagem do circuito no Protoboard e, também, a partir de um layout feito no Ultiboard, foi confeccionado uma placa de circuito impresso.
5. DESENVOLVIMENTO
Todos tecidos são compostos por células, e todas as células surgem a partir da divisão celular de uma célula preexistente. Hoje, sabe-se que os tumores, geralmente, derivam-se dos tecidos normais e podem se espalhar por todo o corpo.
Em sua maioria, os tumores se desenvolve a partir de tecidos epiteliais. Segundo Weinberg, epitélio são “camadas de células que delineiam as paredes de cavidade e
canais ou, no caso da pele, servem como cobertura externa do corpo”5. É no epitélio
que se originam os carcinomas, que são os tipos de câncer mais comuns e que mais causam óbito; este grupo de tecido contém tipos de células que se desenvolvem a partir de três camadas celulares: endoderma (camada celular interna), mesoderma
Os tipos mais comuns de câncer de pele são: carcinoma basocelular (CBC), carcinoma espinocelular (CEC) e melanoma. Os carcinomas basocelular e espinocelular são classificados como neoplasias não melanoma, ou seja, são tumores cutâneos malignos não-pigmentados e representam os tipos mais comuns e mais
graves de neoplasia maligna humana1,6. De acordo com o INCA, “o câncer de pele
não melanoma é o mais frequente no Brasil e corresponde a 30% de tumores malignos registrados no país”.
Os tratamentos tradicionais para doenças cancerígenas são: quimioterapia,
radioterapia, cirurgias7. Estes apresentam severo efeitos colaterais ao paciente -
como, por exemplo, tontura, vômitos, perda de cabelo, perda de peso - pois, além das
células cancerosas, afetam às células normais1. Devido a esses efeitos indesejáveis
novos tratamentos - como a terapia fotodinâmica - estão sendo desenvolvidos e estudados.
A TFD é um tipo de tratamento que se encaixa, no campo da engenharia biomédica e da medicina, como uma forma de terapia alternativa. Esta utiliza, basicamente, a combinação de foto-oxidação de materiais biológicos, agentes fotossensibilizantes
(FTS) e radiação eletromagnética (UV, IV)3,7,8.
Essa terapia vem sendo bastante usada em tratamentos oncológicos,
dermatológico, cardiovascular, oftalmológico e outras patologias7. Seu funcionamento
se dá pelo processo fotodinâmico, em que moléculas FTS quando submetidas a um determinado comprimento de onda da luz, e na presença do oxigênio ocasiona
apoptose e/ou necrose da célula hospedeira8,9. Ressaltando que as substâncias
fotossensibilizantes não podem ser ativadas quando em seu estado fundamental, sendo só ativadas quando na presença luminosa.
As substâncias fotossensibilizantes são fármacos inativos que possuem a habilidade de absorver luz visível, interagindo fotoquimicamente com moléculas de oxigênio presentes na região irradiada. Seu efeito ocasiona em espécies reativas de oxigênio que ao reagir com as moléculas podem desencadear processos
inflamatórios, necrótico ou apoptótico10.
Substâncias fotossensibilizantes - Photogem®, Photofrin®, Levulan®, Kerastick®,
Metvix® - são injetadas na corrente sanguínea do paciente. Esta é absorvida por
No decorrer de 24 a 72 horas, quando essa substancia deixou as células normais, o tumor é exposto a uma luz (figura 1).
Figura 1 - Esquema básico da TFD. 1º passo: injeta o fotossensibilizante; 2º passo: a substância se concentra no tumor; 3º passo: o tumor é submetido à luz; 4º passo: o tumor é seletivamente destruído11.
Como demonstrado na figura 2, o processo fotodinâmico pode ter dois tipos (tipo I ou tipo II). Com a transferência de elétrons da substância fotossensibilizante para o
oxigênio triplete (3O
2), no mecanismo do tipo I, vai gerar o superóxido. No mecanismo
do tipo II, o oxigênio singlete (1O
2) é gerado pela transferência de energia da
substância fotossensibilizadora excitada para o 3O
2 . A forma ativa de oxigênio, (3O2,
1O
2) que destrói as células cancerígenas por apoptose e/ou necrose. Vale ressaltar
que esse tipo de tratamento só é possível porque as células cancerígenas apresentam propriedades de manter aprisionadas em seu interior certas substancias, como as
fotossensibilizantes, por um período de tempo maior do que em células normais7,8,12.
Figura 2 - Esquema de excitação de um material fotossensibilizante (FTS)7.
Os diodos emissores de luz (LEDs) são, basicamente, uma recombinação de elétrons e lacunas, com a emissão de luz. Um elétron da banda de condução recombina-se com uma lacuna na banda de valência emitindo um fóton. Os LEDs têm a finalidade de produzir luz quando a corrente elétrica flui através dele. Estes possuem propriedades que deixam fluir corrente elétrica em um único sentido. Os diodos emissores de luz são formados pela junção de dois tipos diferentes de materiais
semicondutores, esta junção é denominada de junção p-n. O material do tipo n contém impurezas dispersas com cinco elétrons de valência. Estas impurezas são chamadas
de átomos doadores, pois contribui com um elétron relativamente “livre” para a
estrutura. O material do tipo p contém impurezas com três elétrons de valência. Estas impurezas são denominadas de átomos aceitadores, porque o número de elétrons é insuficiente para completar as ligações covalentes da rede, ocasionando uma lacuna que irá aceitar rapidamente um elétron. Os elétrons e as lacunas podem se deslocar sob efeito de um campo elétrico e, ao se recombinarem, um fóton ou partícula de luz
é produzido13,14. Em relação as cores e comprimentos de onda usados em tratamentos
fotodinâmicos, as radiações de luz azul é a que penetra menos eficientemente no tecido, enquanto que as de vermelho e infravermelho penetram mais profundamente. Os comprimentos de onda que apresentam melhores resultados em tratamentos de carcinomas são os que estão entre 650 a 800nm, que é a faixa de comprimento que ocorre a máxima transmitância da luz pelos tecidos. A figura 3 apresenta a profundidade de penetração de diferentes comprimentos de onda no tecido celular. Geralmente, quanto mais longo for o comprimento de onda mais profunda será a
penetração no tecido15.
Neste projeto, foi montado um circuito no Multisim o qual apresenta leds vermelhos posicionados em paralelo. Além dos leds, também, foram utilizados Arduino Uno, push
button, transistor, resistores.
Figura 4 - Circuito projetado no multisim: (A) Leds ligados - chave fechada, (B) Leds desligados – chave aberta.
6. RESULTADOS
Para confecção da PCI, o circuito simulado no Multisim foi adaptado (figura 5), onde a chave representa o push button e os conectores (J1, J2, J3, J4) foram usados para facilitar as ligações – alimentação e terra – com o Arduino. O conector J1 é a entrada de 5V, J2 é a ligação da porta 7 do Arduino, J3 é da porta 13, e o J4 é a ligação do GND do Arduino. Posteriormente, foi realizado montagem no circuito no
protoboard (figura 6). No Multisim, os componentes foram ajustados conforme seu
tamanho real, e em seguida o mesmo foi transferido para o Ultiboard onde, depois de arrumado, resultou na imagem em 3D do circuito (figura 7). O layout projetado obteve como resultado a placa de circuito impresso, a qual pode ser visualizada nas figuras 8 e 9.
Figura 5 - Circuito projetado no Multisim.
Figura 6 - Simulação no protoboard (LEDs desligados e ligados).
Figura 7 - Visualização em 3D do circuito - Ultiboard. LED1 R3 150Ω R2 1kΩ LED2 J3 HDR1X2 J1 HDR1X2 LED3 R4 150Ω LED4 LED5 R5 150Ω LED6 LED7 R6 150Ω LED8 LED9 R7 150Ω LED10 LED11 R8 150Ω LED12LED13 R9 150Ω LED14 S1 Key = Space Q1 BC548A R1 1kΩ J4 HDR1X2 J2 HDR1X2 Port13 Port7 5V GND
Figura 8 - LEDs desligados (PCI).
Figura 9 - LEDs ligados (PCI).
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O estudo bibliográfico mostrou que a TFD é uma modalidade terapêutica que, apesar de ser recente, tem mostrado resultados satisfatórios para tratamentos de carcinomas. Os efeitos colaterais resultantes de tratamentos como quimioterapia, radioterapia, cirurgias são muito mais incômodos ao paciente quando comparado aos efeitos indesejáveis causados pela TFD. Devidos a esses feitos colaterais novos tratamentos estão sendo estudados e desenvolvidos para que possam agir de maneira mais seletiva nas células cancerígenas e apresentar melhores resultados aos pacientes.
No decorrer deste trabalho foi desenvolvido um circuito elétrico completo, que pode servir de modelo para um equipamento usado em terapia fotodinâmica de células cancerígenas, e o mesmo foi implementado em uma placa de circuito impresso. Como
proposta futura pode ser feito um estudo in vivo da terapia fotodinâmica em células cancerígenas.
8. FONTES CONSULTADAS
1 BERTOLINI, Wagner Luiz Heleno Marcus. A influência do D-limoneno como
promotor de absorção de ácido 5-aminolevulínico para Terapia Fotodinâmica do câncer de pele: avaliação in vitro e in vivo da permeação e retenção cutâneas. 2009.
Tese (Doutorado em Medicamentos e Cosméticos) - Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, 2009. DOI: 10.11606/T.60.2009.tde-12052009-191324.
2 BELIZÁRIO, José Ernesto. O próximo desafio Reverter o Câncer. Ciência Hoje, São
Paulo, v. 31, n. 184, p.50-57, jul. 2002.
3 AGOSTINIS, Patrizia et al. Photodynamic therapy of cancer: An update. CA: A
Cancer Journal for Clinicians, [S.l.], v. 61, n. 4, p.250-281, 26 maio 2011. DOI:
10.3322/caac.20114.
4 DOUGHERTY, T. J. et al. Photodynamic Therapy. Jnci Journal Of The National
Cancer Institute, [S.l.], v. 90, n. 12, p.889-905, 17 jun. 1998. DOI:
10.1093/jnci/90.12.889.
5 WEINBERG, Robert A.. A biologia do câncer. Porto Alegre: Artmed, 2008.
6 PELE não melanoma. Disponível em:
<http://www2.inca.gov.br/wps/wcm/connect/tiposdecancer/site/home/pele_nao_mela noma>. Acesso em: 20 dez. 2016.
7 RIBEIRO, Joselito Nardy et al. Terapia Fotodinâmica: uma luz na luta contra o
câncer. Physicae, [S.I.], p. 5-14. jan. 2005. ISSN 22363521.
8 YEH, Naichia Gary; WU, Chia-hao; CHENG, Ta Chih. Light-emitting diodes—Their
potential in biomedical applications. Renewable And Sustainable Energy
Reviews, [S.l.], v. 14, n. 8, p.2161-2166, out. 2010. DOI: 10.1016/j.rser.2010.02.015.
9 SILVA, Márcia M.; BOUZAS, Luis Fernando S.. Fotoferese extracorpórea. Revista
10 PORTILHO, Flávia Arruda. O uso de nanoesferas de albumina na terapia
fotodinâmica e magnetohipertermia do tumor de Ehrlich. 2011. 126 f. Tese
(Doutorado) - Curso de Patologia Molecular, Universidade de Brasília, Brasília, 2011.
11 ESQUEMA básico da TFD. Disponível em:
<http://photolitec.org/Images/Step_Process.png>. Acesso em: 04 jan. 2017.
12 SILVA, Eduardo Rodrigues da; SANTOS, Elisabete Pereira dos; RICCI-JÚNIOR,
Eduardo. Terapia fotodinâmica no tratamento do câncer de pele: conceitos,
utilizações e limitações. 2009. 217 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Ciências
Farmacêuticas, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2009.
13 ENDERLEIN, Rolf. Microeletrônica: Uma introdução ao universo dos Microchips,
seu Funcionamento, Fabricação e Aplicações. São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 1994. 166 p.
14 BOYLESTAD, Robert L.; NASHELSKY, Louis. Dispositivos eletrônicos e teoria
de circuitos. 11. ed. São Paulo: Pearson, 2013.
15 BAROLET, Daniel. Light-Emitting Diodes (LEDs) in Dermatology. Seminars In
Cutaneous Medicine And Surgery, [S.l.], v. 27, n. 4, p.227-238, dez. 2008. DOI:
10.1016/j.sder.2008.08.003.
16 11 COMPRIMENTO de onda. Disponível em:
<http://www.nupen.com.br/Revista_port/fund_fisicos4_3.php>. Acesso em: 10 dez. 2016.
