Aplicações do problema inverso na Biosusceptometria AC para reconstrução e quantificação de distribuições de nanopartículas magnéticas - Biasotti, Gabriel Gustavo de Albuquerque (2021)
Aplicações biomédicas de nanopartículas magnéticas (MNPs – do inglês Magnetic Nanoparticles) têm se tornado cada vez mais comuns, onde as aplicações mais conhecidas são em diagnósticos de tumores, seu uso no tratamento por hipertermia e entrega de fármacos de maneira controlada. Para isso são essenciais técnicas capazes de detectar, localizar e quantificar as MNPs em meios biológicos. A biosusceptometria AC (BAC) é uma técnica biomagnética com histórico de estudos farmacológicos e fisiológicos utilizando marcadores magnéticos macroscópicos e, mais recentemente, na avaliação da circulação sanguínea, retenção hepática, perfusão renal e cerebral e a biodistribuição de MNPs. Diferente das outras técnicas, não há histórico da reconstrução de imagens quantitativas ou quantificação direta de materiais magnéticos via sistema BAC. Para outras técnicas biomagnéticas reconstruções quantitativas da distribuição espacial de MNPs já foram realizadas com sucesso por meio da resolução do problema inverso. A proposta desse trabalho foi criar e implementar modelos matemáticos e computacionais para a resolução do problema inverso dos sistemas BAC Mono Canal (B1C) e BAC Multi Canal 19 (B19C) para reconstruções quantitativas da distribuição 2D de MNPs. Para o B1C, foi possível reconstruir as distribuições de MNPs com boa resolução espacial (1 voxel/cm), tempo de escaneamento de 6 minutos e sensibilidade de 0.85 mg de MNPs nos objetos simuladores (fantomas cúbicos contendo MNPs de ferrita de manganês imobilizadas em gesso) distantes em 5 mm da superfície do sensor. Para o B19C, as imagens quantitativas foram reconstruídas em tempo real com resolução espacial moderada (0.33 voxels/cm) e sensibilidade de 0.71 mg de MNPs em objetos simuladores (MNP Perimag ® plain) distantes em 3 mm da superfície do sensor. A modelagem e simulação computacional do sistema BAC resultou em ganhos significativos na qualidade das imagens obtidas, além de permitir a recontrução quantitativa da distribuição espacial de MNPs pela primeira vez na literatura. Os resultados desse trabalho são de grande valia e permitirão novas aplicações e aprimoramento dos trabalhos do grupo que estão em andamento. Sendo assim, os resultados aqui obtidos podem e serão aplicados em diversos outros trabalhos envolvendo experimentação biológica in vitro e in vivo.