Fator de aumento de dose em Radioterapia com nanopartículas: estudo por simulação Monte Carlo - Santos, Vinicius Fernando dos (2017)
A incorporação de nanopartículas metálicas em tecidos tumorais tem sido estudada em Radioterapia devido ao aumento de dose que pode ser obtido no volume alvo do tratamento. Estudos indicam que nanopartículas de ouro (AuNP) estão entre as de maior viabilidade biológica para essas aplicações, devido ao baixo potencial tóxico. Além disso, estudos mostram que AuNP de alguns nanômetros até alguns micrômetros podem permear vasos sanguíneos que alimentam tumores, permitindo sua incorporação nas células tumorais. Desta forma, este trabalho visou estudar os fatores de aumento de dose obtidos em Radioterapia com AuNP incorporadas ao tecido tumoral utilizando feixes de ortovoltagem, de braquiterapia e de teleterapia. Este trabalho utilizou de uma metodologia computacional, através de simulação Monte Carlo com o código PENELOPE. Foram simulados feixes clínicos de 50, 80, 150 e 250 kVp, Ir-192 e 6 MV, e um modelo de célula tumoral com AuNPs incorporadas com diferentes concentrações de ouro. O modelo de células utilizado possui 13 µm de diâmetro externo máximo e 2 µm de diâmetro no núcleo. Dois modelos de incorporação de AuNPs foram implementados: modelo homogêneo e modelo heterogêneo. No modelo homogêneo, as AuNP foram distribuídas homogeneamente no núcleo e as células foram irradiadas nas diferentes energias estudadas para avaliar o fator de aumento de dose (DEF) em função da concentração de ouro na célula e da energia do feixe. No modelo heterogêneo, aglomerados de AuNPs foram simulados individualmente dentro da célula. Neste modelo foram utilizados somente os espetros de radiação que apresentaram os melhores desempenhos no modelo homogêneo. Foram avaliadas a fluência de partículas ejetadas nas AuNPs, o DEF, as distribuições de doses e os perfis de dose com aglomerados de 50 a 220 nm na célula. Os resultados obtidos para o modelo homogêneo mostram que os feixes de baixa energia são os que proporcionam maior DEF para uma mesma concentração de AuNP. Os maiores DEFs obtidos foram de 2,80; 2,99; 1,62 e 1,61, para os feixes de 50 kVp, 80 kVp, 150 kVp, 250 kVp, respectivamente, sendo a maior incerteza de 1,9% para o feixe de 250 kVp. Através dos resultados obtidos com o modelo heterogêneo foi possível concluir que os elétrons ejetados possuem maior influência no aumento local da dose. Os perfis de dose, extraídos das distribuições de doses, para os aglomerados simulados permitiram obter os alcances das isodoses de 50, 20 e 10% da dose no entorno das AuNPs. Através desses perfis de dose pode-se concluir que o aumento de dose é local, da ordem de alguns micrômetros, dependendo do tamanho das nanopartículas e da energia do feixe primário. Para o feixe de 50 kVp, o DEF encontrado para uma incorporação heterogênea de seis aglomerados de AuNPs, correspondendo a um modelo clínico real, foi de 1,79, com incerteza de 0,4%. Com base nos resultados obtidos pode-se concluir que as energias de ortovoltagem proporcionam maior fator de aumento de dose que feixes de megavoltagem utilizados em teleterapia convencional. Além disso, o reforço local de dose pode proporcionar um fator de radiossensibilização celular se as AuNPs forem incorporadas no núcleo das células, nas redondezas do DNA, proporcionando um maior potencial de controle tumoral.