Perfil de temperatura con sensores FBG en un emulador de cultivo celular tumoral tridimensional

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2021

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Resumen

El cáncer de seno ha permanecido como una grave problemática de salud pública, una que día a día incrementa sus cifras tanto en el número de fallecidos a causa de esta enfermedad como en los casos de personas que la padecen; en Colombia los tratamientos más utilizados para tratar esta enfermedad son la cirugía, la radioterapia y la quimioterapia. Debido a que los tratamientos sistémicos en altas dosis suelen generar efectos secundarios muy fuertes en los pacientes, afectando su calidad de vida, surge la necesidad de investigar nuevos tratamientos que mitiguen dichos efectos, y actualmente, como alternativa, se desarrolla la hipertermia, la cual funciona como tratamiento coadyuvante. Una gran área de investigación en este tratamiento se enfoca en la medición puntual de la temperatura en el tumor, ya que las ondas electromagnéticas afectan directamente en las mediciones que efectúan los sensores convencionales. Por lo tanto, el presente trabajo de grado realiza un diseño e implementación de una red de sensores FBG que permite obtener el perfil de temperatura en un emulador de cultivo celular tumoral tridimensional, como solución a la problemática encontrada en la investigación del tratamiento de la hipertermia. Este trabajo se realizó a través de una metodología de 5 fases: diseño, elaboración, implementación, pruebas y resultados; durante la elaboración del proyecto se utilizó un arreglo de 4 sensores de red de difracción Bragg inscritos en fibra óptica, en donde los datos fueron adquiridos por un sistema interrogador sm125. En el sistema, se extrajeron los datos para determinar la correlación entre la longitud de onda y la temperatura, y de igual forma determinar la deformación sometida por el medio para el sensor. Para la implementación del proyecto se realizó un emulador de cultivo celular tumoral a partir de una solución gelificante que soporta temperaturas entre los 4°C y los 70°C e imita las propiedades térmicas de un tumor de seno. El análisis de los datos se realizó con el programa MATLAB usando métodos estadísticos. Se realizó la construcción de un perfil de temperatura para el cultivo celular tumoral en un rango de 20 °C a 50°C en una radio de 0mm a 5mm. Con lo anterior se determinó que el modelo representa de forma correcta la temperatura dentro del emulador de tumor canceroso y, por consiguiente, es posible extrapolar los datos para el tratamiento de cáncer por hipertermia con radiación electromagnética.

Descripción

Abstract

Breast cancer has remained a serious public health problem, one that constantly increases its digits both in the number of deaths due to this disease and in the cases of people who suffer from it; in Colombia the most used treatments to treat this disease are surgery, radiotherapy, and chemotherapy. Because systemic treatments in high doses usually generate very strong side effects in patients, affecting their life quality, a need arises to investigate new treatments that mitigate these effects, and currently, as an alternative, hyperthermia is being developed, and it works as an adjuvant treatment. A large area of research in this treatment focuses on the measurement of temperature in the tumor because electromagnetic waves directly affect the measurements made by conventional sensors. Therefore, the present degree work performs a design and implementation of a network of FBG sensors that allows obtaining the temperature profile in a three-dimensional tumor cell culture emulator, as a solution to the problem found in the investigation of the treatment of hyperthermia. This work was carried out through a 5-phase method: design, elaboration, implementation, tests, and results; during the elaboration of the project, an arrangement of 4 Bragg diffraction network sensors registered in optical fiber was used, where the data was acquired by an sm125 interrogator system. In the system, the data was extracted to determine the correlation between wavelength and temperature, and likewise, determine the deformation subjected by the medium to the sensor. For the implementation of the project, a tumor cell culture emulator was made from a gelling solution that withstands temperatures between 4 °C and 70 °C and mimics the thermal properties of a breast tumor. The analysis of the data was performed with a MATLAB program using statistical methods. A temperature profile for tumor cell culture was built in a range of 20 °C to 50 °C in a radius of 0mm to 5mm. It was determined that the model correctly represents the temperature within the cancerous tumor emulator and, therefore, it is possible to extrapolate the data for the treatment of hyperthermia cancer with electromagnetic radiation.

Palabras clave

Cáncer de seno, Hipertermia, Sensores FBG, Perfil de temperatura, Emulador de cultivo celular tumoral tridimensional

Keywords

Breast cancer, Hyperthermia, FBG sensors, Temperature profile, Three-dimensional tumor cell culture emulator

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