Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/30456
Type: Tese
Title: Investigação de cimentos radioativos de Y-90 e Ho-166 para tratamentos de metástases ósseas por carcinomas de mama
Authors: Carlos Julio Montaño Valencia
First Advisor: Tarcísio Passos Ribeiro de Campos
First Referee: Maria Irene Yoshida
Second Referee: Bruno Melo Mendes
Third Referee: Luciana Batista Nogueira
metadata.dc.contributor.referee4: Celso Vieira Lima
metadata.dc.contributor.referee5: André Lima de Souza Castro
Abstract: A presente tese abordou a Radiovertebroplastia. O objetivo do trabalho foi ampliar os estudos dos materiais envolvidos na técnica, e a resposta dosimétrica em condições simuladas. Foi também avaliada a resposta radiológica do compósito in situ, e feita a análise de toxicidade. O biomaterial, dito cimento ósseo radioativo, foi preparado com PMMA (Polimetilmetacrilato) e Hidroxiapatita (HAp). As concentrações e proporção dos compostos possuem propriedades físico-químicas importantes para otimizar o tratamento. O PMMA é um polímero de natureza hidrofóbica com baixa porosidade em comparação aos tecidos ósseos trabeculares. O perfil térmico estudado apresentou uma fase exotérmica de mais de 60 ºC o que poderia produzir necrose celular. Foi observado também que se o PMMA aplicado em implante trabecular, devido a sua pobre porosidade, poderá impedir a difusão de células da medula óssea reduzindo os processos da dinâmica celular e adesão frequente pelas células osteoblásticas e osteoclásticas no microambiente. Tais condições levaram à análise de materiais com concentrações diferenciadas em HAp, incorporadas ao cimento ósseo. O biomaterial foi sintetizado por cinco distintas razões de concentração do sistema HAp+PMMA. No caso o HAp foi adicionado ao PMMA como uma função estequiométrica (1-x)PMMA-xHAp de tal forma que em uma proporção 1:1 a fase exotérmica do material cimentício foi reduzida à temperatura ambiente. Estudos de analise térmica (DSC e TGA), confirmaram a existência de uma transição vítrea reversível ao redor de 103 ºC. Por outro lado, posterior a essa transição acontecem fenômenos de degradação liberando CO2 e H2O nos segmentos poliméricos. Essa degradação contribui macroscopicamente ao aumento da porosidade no material. Os resultados do estudo mecânico mostrou uma relação inversamente proporcional entre o aumento da concentração do HAp e a diminuição do módulo da resistência à compressão. Outro achado foi a proximidade da resistência à compressão do material cimentício polimerizado em bloco com os valores de resistência à compressão do osso trabécular altamente poroso. Além disso, foi possível concluir que esse aumento de HAp acrescentou a porosidade do implante ósseo, teoricamente devido às reações de segregação sobre as moléculas da água presas no HAp e expostas ao PMMA na hora da mistura dos componentes. Os radionuclídeos estudados para compor o cimento foram o Ho-166, Y-90 e Sm-153 por serem emissores de partículas beta energéticas, com meia vida reduzida, e abundância natural do isótopo, a relação custo-benefício de sua produção. Simulações computacionais feitas em modelos vertebrais com metástases ósseas mostraram uma melhor distribuição espacial da dose absorvida do Y-90 em comparação com as outros radionuclídeos alcançando mais do 90% do volume da metástase com uma dose depositada de 65 Gy. Entretanto, Ho-166 também atendeu a proposta terapêutica da Radiovertebroplastia. Estudos quantitativos de contraste radiológico mostraram resposta radiológica diferenciada do compósito em implantes em vértebras, indicando a possível redução ou eliminação do uso de meios de contraste como o sulfato de bário (BaSO4) em uma mescla de proporção 1:1 do material cimentício. Testes de citotoxicidade feitos a frio do cimento ósseo radioativo mostraram adesão dos monócitos em meio de cultura e biocompatibilidade do material conferindo outros estudos que apresentam relação entre a ativação dos monócitos em macrófagos e sua função fagocítica para partículas de PMMA menores a 10 µm, indicando uma possível sinalização dos biocerâmicos para reabsorção por osteoclastos.
Abstract: The present thesis has aboard Radiovertebroplasty. The work’s objective was to broaden the studies of the materials involved in the technique, and the dosimetric response under simulated conditions. The in situ composite radiological response and toxicity analysis were also evaluated. The biomaterial, said radioactive bone cement, was prepared by PMMA (Polymethylmethacrylate) and Hydroxyapatite (HAp). The concentrations and proportion of the compounds have important physicochemical properties to optimize the treatment. The PMMA is a hydrophobic polymer with low porosity compared to trabecular bone tissue. The thermal profile studied showed an exothermic phase of more than 60 °C which could produce cellular necrosis. It was also observed that if the PMMA applied in a trabecular implant, due to its poor porosity, could prevent the diffusion of cells of the bone marrow reducing the processes of the cellular dynamics and frequent adhesion by the osteoblastic and osteoclastic cells in the microenvironment. Such conditions led to the analysis of materials with different concentrations in HAp, incorporated into the bone cement. The biomaterial was composed from five different concentration ratios of the HAp+PMMA system. In the case the HAp was added to PMMA as a (1-x)PMMA-xHAp stoichiometric function in such a way that in a 1:1 ratio the exothermic phase of the cementitious material was reduced to room temperature. Thermal analysis studies (DSC and TGA) confirmed the existence of a reversible glass transition around 103 °C. On the other hand, subsequent to this transition occur degradation phenomena releasing CO2 and H2O in the polymer segments. This degradation contributes macroscopically to the increased porosity on material. The mechanical study results showed an inversely proportional relationship between the increase of the HAp concentration and the decrease of the compressive strength modulus. Another finding was the proximity in the compressive strength of the block polymerized cementitious material to the compressive strength values of the highly porous trabecular bone. In addition, it was possible to conclude that this increase of HAp added the porosity of the bone implant, theoretically due to the segregation reactions on water molecules trapped in the HAp and exposed to PMMA at the mixing time to all components. The radionuclides studied to compose the cement were Ho-166, Y-90 and Sm-153 due to the emission of energetic beta particles, with reduced half-life, and natural abundance of the isotope, the cost-benefit ratio of their production. Computational simulations on vertebral models with bone metastases showed a better spatial distribution of the absorbed dose of Y-90 compared to the other radionuclides reaching more than 90% of the volume of metastasis with a deposited dose of 65 Gy. However, Ho-166 also met the therapeutic proposal of Radiovertebroplasty. Quantitative radiological contrast studies showed a differentiated radiological response of the composite in implants in vertebrae, indicating the possible reduction or elimination in the use for contrast agents such as barium sulphate (BaSO4) in a 1:1 blend of cementitious material. Cold cytotoxicity tests with radioactive bone cement showed monocyte adhesion in culture medium and biocompatibility for material conferring other studies that show a relationship between the activation of monocytes in macrophages and their phagocytic function for PMMA particles smaller until 10 μm, indicating a possible bioceramic signaling for osteoclast reabsorption.
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA NUCLEAR
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ciências e Técnicas Nucleares
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/30456
Issue Date: 27-Jun-2019
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