مطالعه عددی اثربخشی درمانی تزریق بولوس و پیوسته بر دارو رسانی به تومور جامد عروقی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار/گروه حرارت و سیالات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

رسانش موثر داروها به سلول‌های تومور برای موفقیت اغلب درمان‌های ضد سرطان ضروری است. در این مطالعه، مدلسازی دوبعدی توزیع غلظت فضایی-زمانی دوکسوروبیسین تحت تزریق بولوس و پیوسته ارائه شده است. شبیه‌سازی‌های ریاضی با در نظر گرفتن فرآیندهای فیزیکی و بیوشیمیایی اصلی در رسانش دارو به سلول‌های تومور انجام شده است. اثربخشی ضد سرطان از طریق تغییرات در تراکم سلول‌های تومور بر اساس غلظت‌های درون سلولی پیش‌بینی‌شده ارزیابی شد. برخلاف اکثر مدل‌های محاسباتی دارو رسانی به تومورهای جامد که توزیع عروق خونی در تومور را یکنواخت فرض کردند، شبکه عروقی به عنوان ترم منبع سیال با استفاده از یک روش رگزایی جوانه‌زنی تولید می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که داروها در مناطقی که تراکم عروقی بالاست، بیشتر تجمع می‌کنند و در نتیجه سمیت سلولی دارو بهبود می‌یابد. در مقایسه با تزریق بولوس، تزریق پیوسته منجر به حفظ طولانی‌تر سطح بالای غلظت درون سلولی دارو در تومور می‌شود که در بهبود اثر سمیت موثرتر است. اگرچه تزریق بولوس منجر به 90 درصد پیک غلظت خارج سلولی بالاتر می‌شود، خطر ایجاد عوارض جانبی شدید وجود دارد. با توجه به نتایج، تزریق پیوسته با نگه‌داشتن دوکسوروبیسین در سطح نسبتاً بالاتر برای دوره طولانی‌تر در تومور، منجر به افزایش اثربخشی ضد سرطانی در پایان درمان در حدود 26 درصد نسبت به اثربخشی تزریق بولوس می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical study of therapeutic effectiveness of bolus injection and continuous infusion on drug delivery to vascularized solid tumor

نویسندگان [English]

  • Majid Soltani 1
  • Mohammad Kiani Shahvandi 2
1 Department of Mechanical Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, K N Toosi University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Effective delivery of drugs to tumor cells is essential for the success of most anticancer therapies. In this study, two-dimensional modeling for spatiotemporal distribution of doxorubicin concentration under bolus injection and continuous infusion is presented. Mathematical simulations have been performed considering the main physical and biochemical processes in drug delivery to tumor cells. Anticancer effectiveness is evaluated through changes in tumor cell density based on predicted intracellular concentrations. Unlike most computational models of drug delivery to solid tumors, which assume a uniform distribution of blood vessels in the tumor, the vascular network as a fluid source term is produced using a sprouting angiogenesis method. The results demonstrate that the drugs accumulate more in areas with high vascular density, resulting in improved drug cytotoxicity. Compared to bolus injection, continuous injection leads to longer high level maintenance of intracellular drug concentrations in the tumor, which is more effective in improving the cytotoxic effect. Although bolus injection leads to a 90% higher extracellular concentration peak, there is the risk of severe side effects. According to the results, continuous injection by keeping doxorubicin at a relatively higher level for a longer period in the tumor leads to improved anticancer effectiveness about 26% relative to the effectiveness of bolus injection at the end of the treatment.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Chemotherapy
  • Doxorubicin
  • Drug delivery
  • Solid tumor
  • Vascular network