Additionner des forces dans la lutte contre le cancer du foie

Selon la mythologie grecque, Prométhée a volé le feu du mont Olinpo et l'a livré aux humains. Alors, Zeus le punit, l'a attaché sur un rocher et pendant une saison, il a envoyé un aigle manger tous les soirs les morceaux de son foie. Cependant, le lendemain matin, à chaque fois, Prométhée récupérait du foie, mais le soir l'aigle était de nouveau massacre dans le ventre. Ainsi pour toujours. On a souvent dit que le foie de Prométhée représente à la fois la force et la faiblesse de l'être humain, détruit chaque soir et créé chaque matin.

Ce passage montre que depuis l'antiquité, on connaît le caractère spécial et l'importance du foie. Et c'est que le foie est l'un des organes les plus importants de l'être humain et, en général, des animaux vertébrés. Ainsi, le cancer provoque beaucoup de décès en attaquant le foie, le second des plus meurtriers [1]. En outre, entre 60% et 80% des patients atteints de cancer du côlon, du pancréas ou du sein souffrent de métastases hépatiques, c'est-à-dire que les tumeurs générées en dehors du foie s'étendent au foie [2]. Il est donc évident que les recherches sur le cancer du foie sont très importantes. Grâce à eux sont arrivés des traitements tels que la radio-embolisation. Ces dernières années, cette dernière s'impose.

Les lignes suivantes expliqueront les contributions d'intérêt que peuvent apporter les ingénieurs industriels à la radio-embolisation et à la médecine en général. Pour relever de nouveaux défis toujours plus complexes, il est nécessaire que des professionnels de différents domaines travaillent dans la même direction, en collaboration. L'auteur a collaboré avec les médecins de la Clinique Université de Navarre. En particulier, au cours de sa thèse de doctorat, il a analysé la radio et diverses variables qui peuvent influencer le traitement.

Radio-embolisation

L'embolisation consiste à obstruer (fermer) les vaisseaux sanguins, en définitive empêcher le transport du sang. Le rayonnement est l'utilisation thérapeutique de l'énergie radioactive.

Pendant la radio-embolisation, le médecin effectue une incision dans l'artère fémorale (zone inguinale), où il introduit un cathéter d'environ 1 mm de diamètre. Il l'emmène ensuite manuellement jusqu'à l'artère hépatique (artère hépatique). Une fois l'extrémité du cathéter située dans l'artère hépatique, il injecte des microbilles radioactives de 32 ?m de diamètre (et présentes dans l'eau). Le flux sanguin transporte les microsphères. L'objectif est de transférer les particules radioactives dans les tumeurs et de minimiser le rayonnement des parties saines du foie (voir figure 1).

Les microsphères portent un radio-isotope itrium-90 (émet un rayonnement bêta autour de 2,5 mm de retour, avec une durée de vie moyenne de 2,6 jours). Le traitement dure environ une heure et le patient rentre normalement le même jour.

Cependant, avant de seriner les microsphères qui constituent une source de rayonnement dans le corps, un traitement préalable est nécessaire pour assurer l'arrivée des particules au bon endroit. Le prétraitement est effectué avec des particules inoffensives. Ainsi, des images médicales analysent la destination des microsphères. Cette étude sert à déterminer la position du cathéter dans le traitement (sensu strict) et la vitesse avec laquelle les microsphères sont injectés.

Le traitement est sûr et efficace. Cependant, il faut noter que le médecin place le cathéter manuellement et récite des microsphères à la main. Par conséquent, si la localisation du cathéter et la vitesse d'injection de particules ne sont pas exactes, et donc des zones qui ne doivent pas être traitées, des problèmes tels que l'hépatite, la pneumonie et les ulcères d'estomac et intestinaux peuvent survenir.

Ingénieurs additionnant l'armée de la radio-embolisation

La radiologie est un traitement vraiment complexe, car elle nécessite la collaboration des interventionnistes de radiologie, des oncologues de rayonnement, des médecins nucléaires, etc. (physiciens médicaux, hépatologues, etc.) ). Dans la thèse ci-dessus, les ingénieurs ont rejoint ce grand groupe dans le but d'analyser la dynamique du flux sanguin dans l'artère hépatique et le comportement de ses particules.

Figure . Résultats des simulations : vitesse de circulation sanguine et injection dans la zone proche de l'extrémité du cathéter et localisation des microsphères. ED. : Jorge Aramburu Montenegro.

L'outil Fluid Dynamics (CFD) a été utilisé pendant l'étude pour simuler le flux sanguin et le transport de microsphères. Le CFD considère la géométrie, les équations du phénomène physique et les conditions limites. La géométrie consiste à définir dans quelles zones le flux sanguin et le transport de microsphères seront étudiés. Au contraire, les équations du phénomène physique définissent le flux sanguin et le transport des microsphères. Enfin, l'établissement des conditions limites implique le placement de certaines caractéristiques dans les limites de la zone étudiée, tant en ce qui concerne le flux sanguin (pression et vitesse) que les microsphères (vitesse).

Une définition adéquate des trois composants permet d'élaborer un modèle fiable. Et bien sûr, les simulations réalisées avec un modèle fiable représentent la pression et la vitesse du sang et la vitesse des particules. La figure 2 montre par exemple la vitesse du flux sanguin autour du cathéter et la localisation des microsphères.

Mais il faut être clair que l'analyse ne peut analyser que ce qui se passe dans la première partie du transport. Pour l'instant, il n'est pas possible de voir comment les microsphères voyagent à travers de petites artères, ni l'effet du rayonnement sur la tumeur. Ainsi, dans la recherche, nous dirons que la radio-embolisation est un succès si les microsphères sortent des sorties attendues, c'est-à-dire des conduits qui fournissent du sang aux tumeurs (Figure 1).

Paramètres analysés

La recherche basée sur des simulations CFD a été réalisée dans le but de répondre aux sources de discussion trouvées dans la littérature et aux préoccupations des médecins de la Clinique Université de Navarre. Pour ce faire, un certain nombre de paramètres semblaient influencer le résultat de la radio-embolisation. La figure 3 peut aider à comprendre les paramètres énumérés ci-dessous, car il résume graphiquement les variables.

? État de maladie du foie: liée à la taille, la localisation et le type de tumeurs. Il affecte la demande sanguine du foie et, par conséquent, la capacité de prendre des microsphères.

? Densité, taille et quantité de microsphères: les microsphères utilisés en prétraitement et traitement sont différents.

? Vitesse d'injection de microsphères: il est difficile de reproduire ce paramètre spécifié dans le prétraitement, car, comme déjà indiqué, le médecin injecte les particules manuellement.

Figure . Résumé graphique des paramètres étudiés. ED. : Jorge Aramburu Montenegro.

? Proximité de la pointe du cathéter à la bifurcation du vaisseau sanguin.

? Position longitudinale de l'extrémité : ici il est également difficile de répéter en traitement ce qui est spécifié dans le prétraitement.

? Position radiale de l'extrémité : un autre tellement.

? Direction distale du cathéter: la même chose.

? Type de cathéter: il existe actuellement de nombreuses recherches sur la conception en cours. Dans la recherche visée dans cet article, on a étudié le cathéter standard et le cathéter qui évite le reflux (voir le «Type de cathéter» de la figure 3).

Il ne faut pas oublier que la modification d'un paramètre modifie la distribution des microsphères et leur destination. En outre, le placement d'un cathéter dans l'artère suppose la modification des caractéristiques hémodynamiques (pression et vitesse) du flux sanguin, qui étant une barrière physique conditionne le flux naturel. En conséquence, la trajectoire et la distribution des microsphères varie. Il est donc très important de connaître à l'avance les caractéristiques du flux sanguin proche de l'extrémité du cathéter.

Si l'influence de chacun des huit paramètres de la liste a été analysée dans la thèse, la situation du cathéter sera expliquée ici, probablement la variable la plus importante.

Importance de l'emplacement du cathéter

Lors de la coupe et de l’introduction du cathéter, il y a deux options principales: que l’extrémité du cathéter soit proche de l’une des ramifications de l’artère ou qu’elle soit éloignée (voir “extrême proche ou non à la ramification” de la figure 3). Les autres paramètres liés à l'emplacement du cathéter sont la position longitudinale de l'extrémité, la position radiale de l'extrémité, la direction distale du cathéter et le type de cathéter (voir figure 3).

Figure . Localisation de l'extrémité du cathéter et de son influence. Dans le cas supérieur, la radio-émulation réussie: les tumeurs sont bombardées, seules les tumeurs. Échec dans le cas inférieur: l'extrémité du cathéter a été déplacée 5 mm (par rapport au cas supérieur), de sorte que l'une des tumeurs n'a pas été bombardée et ont également rayonné tissus sains du foie. ED. : Jorge Aramburu Montenegro.

Si l'injection est réalisée loin de la bifurcation, la distribution des microsphères adopte la forme du flux sanguin, en les alignant avec le flux sanguin. Dans ce cas, les modifications apportées aux autres paramètres n'affectent pas la distribution des microsphères. Cependant, si les particules sont xiringen près de la fourche, les changements des paramètres conditionnent la distribution des microsphères.

La figure 4 montre clairement qu'une différence d'un peu plus de 5 mm (longueur d'une fourmi) a une grande influence sur la distribution des particules. La xiringation proche (cas supérieur) est le résultat d'une radio-émulation réussie consistant à transférer les microsphères aux deux tumeurs (irradiation des deux tumeurs). Loin, cependant, pas. Dans le second cas, l'une des tumeurs n'a pas été rayonnée et, en outre, le foie sain a été bombardé.

Réflexions finales

Ce qui est clair depuis l'époque de Prométhée ou avant est que la santé est la principale responsabilité humaine.

En outre, les ingénieurs Sznitman et Steinman ont prévu que les recherches avec le CFD seront importantes dans les années à venir [3]. Ils serviront à créer de nouveaux traitements ou à améliorer ceux existants, attention aux malades du cancer!

Il y a beaucoup à faire, mais il faut aller pas à pas, “vite et bien, les colombes volant”.

Références

Travail présenté aux prix CAF-Elhuyar.