Terapia em dispositivos médicos invasivos com imagem

Abstract

Os dispositivos médicos invasivos são amplamente utilizados em diversas especialidades médicas, sendo essenciais na prevenção, diagnóstico e tratamento de doenças. O aparecimento da cápsula endoscópica (CE) veio revolucionar totalmente a endoscopia digestiva uma vez que permite a realização de um exame indolor, sem administração de anestesia e a visualização de todo o trato gastrointestinal, o que não acontece na endoscopia convencional. No entanto, apresenta ainda algumas limitações, como a incapacidade de realizar terapia. A integração de técnicas de terapia na CE é um avanço importante para a nova geração de CEs terapêuticas. Esta tese de doutoramento representa os primeiros passos para a integração de duas modalidades terapêuticas na CE: a terapêutica fotodinâmica (TFD) e o plasma de árgon neutro (PAN). A TFD utiliza um agente fotossensível e luz com um comprimento de onda específico para destruir células tumorais. O agente fotossensível é ativado pela luz, produzindo espécies de oxigénio reativo que exercem uma atividade citotóxica sobre as células tumorais. O PAN permite a coagulação de tecidos através de um fluxo eletricamente neutro de gás ionizado (árgon). Uma baixa tensão elétrica ioniza o árgon, produzindo um plasma de alta energia eletricamente neutro. Foram realizados ensaios experimentais in vitro em duas linhas celulares do carcinoma colorretal humano, RKO e HCT-15, para avaliar o efeito da TFD mediada pelo mTHPC. Nestes ensaios foram utilizadas concentrações de mTHPC de 0.5, 1, 5 e 10 μg/ml e fluências de luz de 2.5, 5 e 10 J/cm2, a uma taxa de fluência de luz de 11 mW/cm2. Construiu-se uma fonte de luz vermelha a 653 nm para ativação do mTHPC. Uma concentração de mTHPC de 1-5 μg/ml e uma fluência de luz de 2.5 J/cm2 levaram aos melhores resultados experimentais. Demonstrou-se que a iluminação a baixa fluência de luz e taxa de fluência de luz leva a uma boa resposta fotodinâmica. Foi projetado, simulado e fabricado um pequeno reservatório de árgon para integrar na CE. Este reservatório foi projetado para fornecer o fluxo de árgon necessário para a realização da técnica de PAN durante um curto tempo de tratamento (1-3 segundos). As simulações foram realizadas para estudar o comportamento estrutural do reservatório e prever a sua espessura mínima para suportar 7 bar de pressão. A microfundição assistida a vácuo demonstrou ser um processo de manufatura eficiente no fabrico de um pequeno reservatório de paredes finas. Foram realizados testes experimentais de pressão em três reservatórios de diferentes espessuras. Os resultados experimentais revelaram que um reservatório de alumínio com uma espessura de 367 μm é capaz de suportar 7 bar de pressão interna.

Invasive medical devices are widely used in various medical domains, being essential in the prevention, diagnosis and treatment of diseases. The appearance of endoscopic capsule (EC) has completely revolutionized the digestive endoscopy, since it allows a painless examination, without administration of anesthesia and visualization of the entire gastrointestinal tract, which does not happen in conventional endoscopy. However, the EC has some limitations, such as the inability of performing therapy. The integration of therapy techniques into the EC is an important breakthrough for the new generation of therapeutic ECs. This PhD thesis represents the first steps towards integration of two therapeutic modalities in EC: photodynamic therapy (PDT) and neutral argon plasma (NAP). The PDT uses a photosensitizer and light with specific wavelength to destroy tumor cells. The photosensitizer is activated by light, producing reactive oxygen species which exert cytotoxic activity on tumor cells. The NAP allows the coagulation of tissues through an electrically neutral jet of ionized gas (argon). A low-power voltage ionizes the argon gas, thereby producing electrically neutral, high-energy argon plasma. In vitro experimental assays were performed on two human colorectal carcinoma cell lines, RKO and HCT-15, to evaluate the effect of mTHPC-mediated PDT. In these assays, mTHPC concentrations of 0.5, 1, 5 e 10 μg/ml and light fluences of 2.5, 5 e 10 J/cm2 at 11 mW/cm2 of light fluence rate were used. A red light source at 653 nm was assembled for mTHPC activation. A mTHPC concentration of 1-5 μg/ml and light fluence of 2.5 J/cm2 led to the best experimental results. It has been shown that illumination at low light fluence and light fluence rate leads to a good photodynamic response. A small argon reservoir was designed, simulated and made for integration into the EC. This reservoir was designed to provide the argon flow needed to perform the NAP technique during a short treatment time (1 – 3 seconds). The numerical simulations were performed to study the structural behavior of the reservoir and to predict its minimum thickness to withstand 7 bar of pressure. Microcasting assisted by vacuum technique shown to be an efficient manufacturing process for the fabrication of a small and thin-walled argon reservoir. Experimental pressure tests were carried out on three reservoirs with different thicknesses. The experimental results revealed that an aluminum reservoir with a thickness of 367 μm is capable of withstanding 7 bar of internal pressure.