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    Tesis

    Estudio y caracterización de los distintos aspectos físicos para el tratamiento del cáncer de mama HER2 y sus metástasis empleando liposomas como transportadores de boro

    2022



    TesistaMario Alberto GADAN

    Ingeniero en Física Medica, Universidad Favaloro - Argentina
    Doctor en Ciencia y Tecnología, Mención Física, Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina

    DirectoresDra Sara González. CNEA, CONICET - Argentina
    Dr Manuel Leonardo Sztejnberg Goncalves-Carralves. CNEA, UF - Argentina
    Lugar de realización

    GAEN-CAE-CNEA

    Fecha Defensa14/03/2022
    Jurado

    Dr Alejandro Valda. UNSAM - Argentina
    Dr Pablo Menéndez. Instituto Roffo,  UBA, UNLP - Argentina
    Dr Mauro Valente. UNC, CONICET - Argentina

    CódigoITS/TD-154/22

    Título completo

    Estudio y caracterización de los distintos aspectos físicos para el tratamiento del cáncer de mama HER2 y sus metástasis empleando liposomas como transportadores de boro

    Resumen

    La presente tesis describe el estudio de aplicación de la Terapia por Captura Neutrónica en Boro (BNCT, por sus siglas en inglés) para el tratamiento del cáncer de mama y sus recaídas con especial atención en el subtipo HER2+, contemplando la facilidad de irradiación de BNCT del reactor RA-6 y empleando nanovehículos como transportadores de compuestos borados. Se propuso realizar un abordaje abarcativo del problema, estudiando los diferentes aspectos relacionados a la implementación de esta modalidad de radioterapia para los casos clínicos propuestos junto al desarrollo y caracterización de liposomas para la administración de compuestos borados.

     

    En referencia a dicho abordaje, por un lado se establecieron los casos clínicos de interés para aplicación de BNCT y en base a ellos se realizó el estudio de dosimetría computacional para establecer los parámetros y requisitos para la irradiación. Se definieron como casos clínicos los tumores primarios de cáncer de mama y las recaídas postratamiento conservador y/o posmatectomía. Los resultados de este análisis mostraron la factibilidad de aplicación en los casos de tumores primarios y aquellas recaídas postratamiento conservador, logrando entregar la dosis de prescripción en tumor obteniendo, a su vez, un importante gradiente de dosis respecto a los tejidos sanos involucrados.

     

    Por otra parte, en dicho abordaje, se desarrollaron liposomas encapsulando dos compuestos borados empleando tecnología microfluídica. Los mismos fueron caracterizados en términos físicos y químicos y se realizaron estudios de incubación en una línea celular de cáncer de mama probando su efectiva incorporación. Vinculado a este desarrollo, se propuso establecer un método experimental y otro téorico para la evaluación de los liposomas como transportadores de compuestos borados. De esta forma, se estableció un novedoso protocolo de trabajo experimental basado en la combinación de la autorradiografía neutrónica y la radiografía UV-C para la determinación intracelular de trazas nucleares originadas en la reacción de captura neutrónica en 10B. Esta técnica permitió establecer la concentración intracelular en núcleo y citoplasma. Por otro lado, se propuso un método teórico-computacional, basado en un enfoque microdosimétrico, para evaluar diferentes distribuciones de reacciones de captura neutrónica en 10B sobre la deposición de energía en el núcleo celular. Junto al desarrollo de una herramienta computacional para modelar estructuras celulares, se desarrolló un modelo estocástico-análogo para el cálculo de cantidades microdosimétricas a partir de la deposición de energía por la reacción de interés en el núcleo de la célula. Los resultados obtenidos mostraron que la distribución intranuclear de 10B es la más eficiente para alcanzar la dosis prescrita en el núcleo celular. Se mostró, además, que los valores de concentración de 10B que surgen del cálculo microdosimétrico se encuentran dentro del rango establecido experimentalmente con la técnica desarrollada previamente.

     

    Los resultados obtenidos son muy alentadores y establecen la base de estudio para futuros desarrollos tendientes a concretar la aplicación de BNCT para el tratamiento del cáncer de mama HER2+ y sus recaídas.

     

    Complete Title

    Study and characterization of the different physical aspects for the treatment of HER2 breast cancer and its metastases using liposomes as boron compound carriers

    Abstract

    This dissertation describes the feasibility study of the application of Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) to the treatment of breast cancer and its recurrences with special attention on HER2+ subtype, considering the BNCT irradiation facility at RA-6 reactor and using nanovehicles as boron compound carriers. This work presents the comprehensive approach to this study, that includes the analysis of the different aspects related to the implementation of BNCT for the clinical candidate cases, together with the development and characterization of liposomes for the administration of borated compounds.

     

    As part of this approach, an exhaustive study was first conducted to identify candidate clinical cases. Based on the selected cases, the computational dosimetry study was performed aimed at evaluating 10B distribution requirements and irradiation conditions. Identified clinical cases include primary breast cancer tumors and local relapses arising after breast conserving therapy or after mastectomy. Results showed the feasibility of treatment of primary tumors and those relapses after breast conserving therapy, administering the prescription dose to tumor and achieving a sharp dose gradient between tumor and healthy tissues.

     

    Regarding the synthesis of the nanocarriers, liposomes were developed encapsulating two boron compounds by means of microfluidic technology. After physical and chemical characterization of the obtained liposomes was accomplished, in vitro studies showed an effective incorporation of the boronloaded nanovehicles in a breast cancer cell line. In relation to this development, and with the aim of introducing a suitable method for boron intracellular determination, a novel experimental approach was established based on the combination of neutron autoradiography and UV-C radiography. The proposed methodology enables to obtain high-resolution autoradiographic images of cellular structures imprints together with nuclear tracks coming from the 10B neutron capture reaction. Moreover, it allowed to determine the intracellular 10B concentration within the main cell structures and compartments, such as nucleus and cytoplasm. In addition to the experimental development, a theoretical-computational method based on a microdosimetric approach was proposed for the evaluation of the energy deposition in the cellular nucleus considering different 10B neutron capture reaction distributions. Along with the development of a computational tool for modeling cellular structures, an analog-stochastic model was developed for the calculation of microdosimetric quantities from the deposition of energy by the reaction of interest in the cell nucleus. Obtained results showed that intranuclear 10B distribution proves the most effective for reaching the prescribed dose in cell nucleus. The 10B concentration values arising from microdosimetric calculation were shown to be within the range determined experimentally in the breast cancer cell line with the mentioned technique.

     

    The presented studies suggest that, obtained results are very encouraging and constitute the basis for future developments towards the application of BNCT for the treatment of HER2 + breast cancer and its relapses.


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