Proyecto Final presentado por Leonardo González Olvera [leonardogo3233@gmail.com]

Miembro del Programa de Honores. Licenciatura en Ingeniería Biomédica. Departamento de Ingeniería en Computación, Electrónica y Mecatrónica. Escuela de Ingeniería, Universidad de las Américas Puebla.

Jurado Calificador

Director: Dr. Juan Horacio Espinoza Rodríguez
Presidente: Dr. Rubén Alejos Palomares
Secretaria: Dra. Rocío Salazar Varas

Cholula, Puebla, México a 17 de mayo de 2023.

Resumen

La Terapia Fotodinámica (PDT) es un tratamiento emergente que combina la longitud de onda específica de un láser con un fármaco (fotosensibilizador), diseñado para destruir las células cancerígenas después de la activación por el láser. Si se deseara implementar tratamientos de la PDT en la práctica clínica, es necesario contar con un método confiable de verificación dosimétrica previo al tratamiento del paciente, puesto que el resultado exitoso de la PDT depende de la administración precisa de la dosis fotodinámica prescrita. Por otra parte, dosímetros basados en gel son ampliamente usados para medir las distribuciones de dosis con mayor precisión en 3D en el campo de la radioterapia (uso de la radiación ionizante para erradicar células cancerígenas), ya que estos dosímetros son biomateriales radiológicamente equivalentes que emulan la densidad y viscosidad del tejido corporal.

Por lo anterior, en el presente trabajo de tesis se propone un dosímetro a base de gel porcino con propiedad dispersante (emulsión de intralípidos para emular la piel humana), en el cual es incrustado un volumen tumoral hipotético que está compuesto por el gel dispersante dopado con el fotosensibilizador PpIX (propiedad absorbente), cuya longitud de onda de excitación es de 635 nm. Posteriormente, la respuesta del ?tratamiento? (gel dosimétrico con PpIX) es cuantificada con respecto al gel dosimétrico sin PpIX por la modalidad de imagen de Termografía Infrarrojo (TIR), en donde el análisis de la relación dosis-respuesta para determinar los factores de incremento de dosis (k) fueron de 1.83, 1.40 y 1.00 para las dosis de irradiación de 15, 30 y 45 J/cm2, las cuales comprenden la dosis estándar (37 J/cm2) empleada para tratamientos PDT. Los resultados demuestran evidencia del posible uso potencial del gel dosimétrico en la Terapia Fotodinámica para medir el incremento de la dosis causada por el agente fotosensibilizador PpIX.

Palabras claves: Terapia Fotodinámica, Fotosensibilizador PpIX, Dosimetría, Gel dosimétrico, Termografía Infrarrojo.

Abstract

Photodynamic Therapy (PDT) is an emerging treatment that combines the specific wavelength of a laser with a drug (photosensitizer) designed to kill cancer cells after activation by the laser. If it is desired to implement PDT treatments in clinical practice, it is necessary to have a reliable method of dosimetric verification prior to patient treatment, since the successful outcome of PDT depends on the precise administration of the prescribed photodynamic dose. On the other hand, gel-based dosimeters are widely used to measure dose distributions with greater precision in 3D in the field of radiotherapy (use of ionizing radiation to eradicate cancer cells), since these dosimeters are radiologically equivalent biomaterials that emulate the density and viscosity of body tissue.

Therefore, in this thesis work a porcine gel-based dosimeter with scattering properties (intralipid emulsion to emulate human skin) is proposed, in which a hypothetical tumor volume is embedded that is composed by gel doping with PpIX photosensitizer (absorbing property), whose excitation wavelength is at 635 nm. Subsequently, the response of the "treatment" (dosimetric gel with PpIX) is quantified with respect to the dosimetric gel without PpIX by the imaging modality of Infrared Thermography (TIR), where the analysis of the dose-response relationship to determine the dose enhancement factors (k) were 1.83, 1.40 and 1.00 for the irradiation doses of 15, 30 and 45 J/cm2, which comprise the standard dose (37 J/cm2) used for PDT treatments. The results demonstrate evidence of the possible potential use of the dosimetric gel in Photodynamic Therapy to measure the dose enhancement caused by the photosensitizing agent PpIX.

Keywords: Photodynamic Therapy, Dosimetry, PpIX Photosensitizer, Dosimetric Gel, Infrared Thermography.

Índice de contenido

Portada

Agradecimientos

Índices

Capítulo 1. Introducción

  • 1.1 Antecedentes
  • 1.2 Justificación del problema
  • 1.3 Hipótesis
  • 1.4 Objetivos

Capítulo 2. Marco teórico

  • 2.1 Interacción de la luz visible con la materia
  • 2.2 La Terapia Fotodinámica como una modalidad emergente contra el cáncer
  • 2.3 Mecanismo del fotosensibilizador ppix ante luz visible
  • 2.4 Dosimetría óptica mediante polímero en gel
  • 2.5 Técnicas de Imágenes para la lectura de dosímetros en gel
  • 2.6 La Termografía Infrarrojo como novedosa técnica de imagen

Capítulo 3. Materiales y métodos

  • 3.1 Preparación del gel dosimétrico
  • 3.2 Incorporación del agente fotosensibilizador ppix al gel porcino
  • 3.3 Calibración del láser de 635 nm
  • 3.4 Fantoma dosimétrico: gel porcino, caja petric y celdillas de poliestireno
  • 3.5 Calibración e irradiación del gel dosimétrico porcino
  • 3.6 Lectura del gel dosimétrico por imagen de termografía infrarroja

Capítulo 4. Resultados y discusión

  • 4.1 Síntesis del gel dosimétrico con/sin el agente fotosensibilizador ppix
  • 4.2 Calibración del dosímetro de gel porcina como función de la dosis de radiación mediante Termografía Infrarroja
  • 4.3 Estimación experimental del factor de incremento de dosis en función de gradientes de temperatura

Capítulo 5. Conclusiones y recomendaciones

  • 5.1 Conclusiones
  • 5.2 Recomendaciones

Referencias

González Olvera, L. 2023. Dosimetría óptica basada en gel porcino para su aplicación en la Terapia Fotodinámica a través del fotosensibilizador PpIX. Proyecto Final Licenciatura. Ingeniería Biomédica. Departamento de Ingeniería en Computación, Electrónica y Mecatrónica, Escuela de Ingeniería, Universidad de las Américas Puebla. Mayo. Derechos Reservados © 2023.