25147

بررسي غلظت نانوذره و سرعت تزريق بر فرآيند هايپرترميا

دكتري

مهندسي مكانيك-بيومكانيك

1394

1399/12/19

دكتر محمد حق پناهي

دكتر شادي هاتمي

مكانيك

هايپرترميا بصورت مكمل با روش‌هاي ديگر مانند شيمي درماني و راديو درماني براي درمان سرطان استفاده مي‌شود. دماي همگن، كنترل دما و مانيتورينگ دما، از چالش‌هاي اساسي براي داشتن يك هايپرترمياي درماني خوب مي‌باشند. در گروه هايپرترمياي حاضر سعي شده است از هر چالش براي يك نوع هايپرترمياي خاص با توجه به شرايط و امكانات استفاده شود. از دستگاه اولتراسوند براي مانيتورينگ غير تهاجمي دما، از هايپرترمياي ماكروويو به دليل شرايط مناسب و وجود تجهيزات كافي در خارج از كشور به منظور كنترل دما و از هايپرترمياي نانوذرات به دليل محلي بودن اين روش به منظور همگن سازي دما استفاده شده است. كه دو مورد آخر به طور خاص در اين پروژه آورده شده است. هدف اصلي پروژه بررسي پارامتر سرعت تزريق مي‌باشد. لازم به ذكر است اين پارامتر علاوه بر اينكه مهندسي بوده و تاثير مستقيمي در همگن سازي و بهبود هايپرترميا مخصوصا هايپرترمياي نانوذرات دارد، بسيار كم مورد توجه محققان و پزشكان قرار گرفته است. همچنين پارامتر غلظت نانوذره كه بوسيله آن عملا مي‌توان قسمت بيولوژيكي و موادي پروژه را كنترل نمود. همچنين نكته بسيار مهم در فرآيند هايپرترميا اين است كه دما نبايد از يك حد پايين تر و از يك حد بالاتر برود پس در اين پروژه سعي بر اين بوده است كه كنترل دمايي كه به دليل مشكلات فراوان تا سالهاي اخير ناشناخته بوده است، تا حد امكان قابل انجام بشود. پروژه حاضر متشكل از سه قسمت كلي مي‌باشد. مبحث آزمايشگاهي، مبحث مدل‌سازي و شبيه‌سازي و مبحث كنترلي. ابتدا در مبحث آزمايشگاهي سعي شد نانوذره‌اي نوين با خواص درماني و مغناطيسي خوب سنتز شود سپس افزايش دما و زيست سازگاري آن مورد بررسي قرار گرفت و تست‌هاي In-vitro و In-vivo روي موش داراي سرطان سينه به منظور بررسي پارامترهاي ذكر شده انجام پذيرفت. در نهايت پارامترهاي مختلف در طول پروسه آزمايش بررسي و بهينه شدند و در مورد پارامترهاي مهم غلظت بهينه 1 ميلي گرم بر ميلي ليتر و سرعت تزريق 10 ميكروليتر بر دقيقه به عنوان مقادير مناسب‌تر انتخاب شدند. سپس برخي از مقادير ورودي و خروجي از آزمايشات هايپرترميا به عنوان ورودي مدل‌سازي و شبيه‌سازي در نظر گرفته شدند و بعد از اعتبارسنجي آن‌ها، مدل‌سازي براي استفاده رنج وسيعتري از آزمايشات به منظور يافتن زمان‌بندي درماني بهينه مورد استفاده قرار گرفت. براي مدل‌سازي سعي شد تا حد امكان از ساده‌سازي‌ها اجتناب گردد. به همين منظور از مدل واقعي تومور به همراه رگ استفاده شد و همچنين سعي شد از كوپل دو طرفه محيط‌هاي جريان سيال، انتقال جرم و انتقال حرارت براي بدست آوردن نتايج استفاده گردد. در انتها با توجه به فراهم بودن امكانات در مركز هايپرترمياي بيمارستان اراسموس در زمان فرصت مطالعاتي، ست آپ كاربرپسند بهمراه نرم افزار كنترلي براي ثابت نگه داشتن دما در هايپرترمياي ماكروويو براي كنترل دماي درون كبد موش طراحي و ساخته شد. كه هدف از آن درنهايت انتقال دانش براي استفاده در هايپرترمياي نانوذرات و استفاده براي مقاصد كلينيكي مي‌باشد. در نهايت يك پروتكل درماني بهينه حاصل از مطالعات انجام شده در پروژه، به منظور مقاصد تحقيقاتي و درماني پيشنهاد شده است.

1400/03/01

Study on the effects of nanoparticle’s concentration and injection velocity on hyperthermia’s process

3/20/2022 12:00:00 AM

Hyperthermia is used in combination with other methods such as chemotherapy and radiotherapy to treat cancer. Homogeneous temperature, temperature control and temperature monitoring are major challenges to having a good therapeutic hyperthermia. In the present hyperthermia group, we have tried to use each challenge for a specific type of hyperthermia according to the conditions and facilities. Ultrasound device for non-invasive temperature monitoring, microwave hyperthermia due to suitable conditions and sufficient equipment abroad to control temperature and nanoparticle hyperthermia due to localization of this method have been used for temperature homogenization. The last two are specifically mentioned in this project. The main purpose of the project is to investigate the injection velocity parameter. It should be noted that this parameter, in addition to being engineering and has a direct effect on the homogenization and improvement of hyperthermia, especially nanoparticle hyperthermia, has received little attention from researchers and physicians. Also the nanoparticle concentration parameter by which the biological part and materials of the project can be practically controlled. Also, a very important point in the process of hyperthermia is that the temperature should not go below a limit and above a limit, so in this project, we have tried to control the temperature, which has been unknown due to many problems until recent years, as much as possible. Can be done. The present project consists of three main parts. experimental part, modeling and simulation part and control part. First, in the experimental part, new nanoparticles with good therapeutic and magnetic properties were synthesized, then temperature increase and biocompatibility were examined, and in-vitro and in-vivo tests were performed on mice with breast cancer to evaluate the mentioned parameters. Finally, various parameters were evaluated and optimized during the test process, and for the important parameters, the optimal MNPs concentration of 1 mg / ml and the injection velocity of 10 μl / min were selected as the most appropriate values. Then, some input and output values of hyperthermia experiments were considered as modeling and simulation inputs, and after their validation, modeling was used to use a wider range of experiments to find the optimal treatment process. For modeling, attempts were made to avoid simplifications as much as possible. For this purpose, the real model of the tumor with the capillaries was used and also tried to use the two-way coupling of fluid flow, mass transfer and heat transfer environments to obtain the results. Finally, due to the availability of facilities in the hyperthermia center of Erasmus Hospital at the time of the study opportunity, a user-friendly set-up with control software was designed and built to keep the temperature constant in microwave hyperthermia to control the temperature inside the rat liver. The ultimate goal is to transfer knowledge for use in nanoparticle hyperthermia and for clinical purposes. Finally, an optimal treatment protocol from the studies conducted in the project is proposed for research and treatment purposes.

سرطان , نانوذرات سوپر پارامغناطيس , هايپرترميا , سرعت تزريق , تست هاي زيست سازگاري

Cancer , Magnetic Nano Particles , Hyperthermia , Injection Velocity , Biocampatibility Tests