BOA TARDE!

Instituto de Física – UFRGSPorto Alegre,14 de julho de 2009

BOA TARDE!

Jorge Humberto Nicola


Faculdade de Filosofia Ciências e Letras – UFRGS – Bacharel em Ciências – 1963 - 1966Instituto de Física – UFRGS – Mestre em Ciências – 1970Instituto de Física – UFRGS – Doutor em Ciências – 1974

(de 1967 a 1976 – Professor do IF / UFRGS)

De 1976 a 1994 – Professor do IFGW – UNICAMPAposentado desde junho de 1994


O FÍSICO


O FÍSICO O MÉDICO


O FÍSICO O MÉDICO

Erro de tradução?

“The Physician”, do inglês, significa médico. O tradutor teria confundido physician com physicist, que significa físico. Na verdade, isto foi intencional, já

que na Idade Média, época descrita no livro, médicos eram chamados de físicos (“estudiosos da natureza”).


...A organização e profissionalização das ciências é um fenômeno relativamente moderno, tendo sido estabelecido somente no século XIX quando o termo “cientista” passou a ser conhecido. Usava-se: natural historian; natural philosopher; man of science...

(“A relação entre as diferentes ciências na antiguidade” - T.E.Rihel) http://fds.oup.com/www.oup.co.uk/pdf/0-19-815248-5.pdf


...No último século o aumento considerável do volume de conhecimento científico e técnico trouxe a necessidade de especializações (grandes áreas, áreas e subáreas ).

TABELAS DAS ÁREAS DO CONHECIMENTO - CAPES/CNPq (27 páginas – 5639 palavras )

http://www.capes.gov.br/avaliacao/tabela-de-areas-de-conhecimento


Física e Interdisciplinaridade: o retorno às origens!


Física e Interdisciplinaridade: o retorno às origens!

Um exemplo: Física e Medicina


Relacionamento pessoal com a medicina•Casei com uma estudante de medicina

(...por que este exemplo?)



Chefia da oficina mecânica e vácuo do IF•Atendimento à constantes solicitações da medicina




Chefia da oficina mecânica e vácuo do IF•Atendimento à constantes solicitações da medicina

Interesse por laser•Construção de laser de HeNe e outros (1968 – 72)•Aquisição de laser de Ar (1972)•Montagem de laboratório de espectroscopia Raman (1972)•Surgimento no Brasil do interesse por laser aplicado à ORL (1972)•Construção de protótipo de laser de CO2 para microcirurgias (1980)•Industrialização de laser de CO2 para uso médico (1981 –83)



DiagnósticoTratamento

Fisiologia


Diagnóstico


Urine analysis by laser Raman spectroscopy Premasiri WR, Clarke RH, Womble ME. Lasers Surg Med 2001;28(4):330-4


Espectroscopia Raman, facilitada hoje por CCD e fibras óptica (ex vivo e in vivo):

a) Detecção precoce de câncerb) Composição de placas ateroscleróticasc) Identificação da ação de vários agentes na peled) Identificação rápida de microorganismos patogênicose) ...


Relacionada a patologias

Fluorescência “nativa”

Nicola & Nicola


Relacionada a patologias

• Neste caso a fluorescência vermelha é das porfirinas produzidas por bactérias, especialmente “Porphiromona gengivallis.


Nicola & Nicola



Nicola & Nicola

Relacionada à normalidade

• Neste caso a fluorescência vermelha também é de porfirina, Protoporfirina IX (PpIX) produzida na Glândula Harderiana de ratos Wistar.

• Obs: também em casos de porfiria (patologia).

Luz branca

Luz UV


Optical fiber and filter

LEDs410 nm5 mw

Nicola & Nicola

Sistema simples para aquisição de dados.


Optical fiber and filter

LEDs410 nm5 mw

Sistema simples para aquisição de dados.

0

1000

2000

3000

4000

400 500 600 700 800 900 1000

Intensity (counts)

Wavelength (nm)

MasterMucosa jugal.Master.Sample

VENTER OF TONGUE

0

1000

2000

3000

4000

400 500 600 700 800 900 1000

Intensity (counts)

Wavelength (nm)

MasterAssoalho de boca.Master.Sample

500 nm

500 nm

630 nm

630 nm

Nicola & Nicola


Fluorescência exógena


• Derivados de Hematoporfirina (HpD), e outras substâncias semelhantes, quando injetadas em animais acumulam-se em tecidos cancerígenos;

• Em geral não são tóxicas;• Com excitação no UV próximo (e mesmo no azul)

apresentam fluorescência na região do vermelho (630nm).

Fluorescência exógena


“Fluorescence imaging of MGH human bladder tumor.”

(A) White light image of the tumor before drug administration, (B) Ce6-PVP induced red fluorescence in tumor imaged under blue light illumination at 3 h post drug administration. (C) By displaying the fluorescent image in a pseudo color using simple image processing technique.

www.biomedcentral.com/1471-2342/9/1

CAM = chick chorioallantoic membrane

http://www.biomedcentral.com/logon/logon.asp?msg=ce


Tratamento


• Física• Química• Biologia• Medicina• ...

Terapia Fotodinâmica(PDT - Photo Dynamic Therapy)


Terapia Fotodinâmica(PDT - Photo Dynamic Therapy)

• Física• Química• Biologia• Medicina• ...

A PDT é um exemplo claro de atividade interdisciplinar.

Seu estágio atual ainda oferece espaço para a pesquisa pura.

Apresenta importância significativa como técnica.


Oxigênio Molecular na PDT


To

S1

Estado fundamental

Primeiro excitado

Energia 0,9769 ev

1 electron volt (ev) = 1.6 x 10-19 joules

MOLÉCULA DE OXIGÊNIO



To

S1

Estado fundamental

Primeiro excitado

Energia 0,9769 ev



Uma energia de 0,9769 eV

(equivalente a λ = 1,27 µm no

vácuo) é o suficiente para

propiciar a transição T0 → S1.



To

S1

Estado fundamental

Primeiro excitado

Energia 0,9769 ev



Uma energia de 0,9769 eV

(equivalente a λ = 1,27 µm no

vácuo) é o suficiente para

propiciar a transição T0 → S1.

Portanto: 0,9769 ev é energia

capaz de destruir vida!



1.27 µm

O ESPECTRO SOLAR É RICO EM 1,27 µm MAS, SOBREVIVEMOS!



T1

S0

Molécula de Oxigênio

λ= 1,27 µm

proibidaA transição T1 → S0, por

absorção de fótons é

fisicamente proibida!

Transferência de Energia por Absorção de Fótons


Outra forma de Transferência de Energia(Fluorescence resonance energy transfer (FRET))

S0

S1

Vermelho T1

Tn

1,27 m

Molécula intermediária

Oxigênio


Outra forma de Transferência de Energia(Fluorescence resonance energy transfer (FRET))

S0

S1

Vermelho T1

Tn

1,27 m


Oxigênio

Oxigênio


Não radiativa

FOTONS


• Derivados de Hematoporfirina (HpD), e outras substâncias, atuam como moléculas intermediárias (fotossensibilizadores);

• Em geral não são tóxicas e podem ser injetadas em animais;

PDT


• Derivados de Hematoporfirina (HpD), e outras substâncias, atuam como moléculas intermediárias (fotossensibilizadores);

• Em geral não são tóxicas e podem ser injetas em animais;

• Tecidos biológicos normais, em geral, eliminam rapidamente tais fotossensibilizadores de suas células;

• Tecidos malignos (câncer), em geral, mantém o fotossensibilizador em suas células.

PDT


HPD Oxigênio triplete

Tecido PARÂMETROS:

• Concentração do foto- sensibilizador

• Concentração de Oxigênio

TERAPIA FOTODINÂMICA



Fóton = 632 nm

Tecido PARÂMETROS:



• Fluência




Transferência deenergia

não radioativa

Tecido PARÂMETROS:



• Fluência



HPD Oxigênio singlete

Tecido PARÂMETROS:



• Fluência



HPD Oxigênio singlete

Tecido

Destruição

celular

PARÂMETROS:



• Fluência



Oxigênio

Fotossensibilizador

TECIDOLuz visível

Não radiativa

(Fluorescence resonance energy transfer (FRET))

Atenuação

Atenuação

DIFICULDADE TÉCNICA!


TECIDO

Oxigênio

Fotossensibilizador Infra Vermelho 1

Infra Vermelho 2

Molécula conversora de dois fótons (eficiente)

Encapsulamento por nano partículas (Nano agregação) – ORMOSIL: Organicaly Modified Silica.Sehoon Kim et al, 2007.

Não radiativa

Vermelho


TECIDO

Oxigênio

Fotossensibilizador

Partícula luminescente(nano)

R x

Encapsulamento por nano partículas

Não radiativa

Vermelho

OUTRA SOLUÇÃO!


... O grande problema para praticar a interdisciplinaridade é o desenvolvimento de uma linguagem de entendimento entre as disciplinas.

Exatas! Biológicas

Porca?


... O grande problema para praticar a interdisciplinaridade é o desenvolvimento de uma linguagem de entendimento entre as disciplinas.


Muito obrigado!

[email protected]

Workshop em “Terapia Fotodinâmica: Integração dos Aspectos Moleculares,Tecnológicos e Aplicações na Área de Saúde”, 03 a 06 de junho de 2007, Hotel Fazenda Fonte Colina Verde, São Pedro, São Paulo.

Nic

ola

& N

i col

a

PDT ativada por fosforescência.

“Phosphorescent self-lighting photodynamic therapy”

MAIS UMA SOLUÇÃO!


Nic

ola

& N

i col

a

Fosforescência

• A re-emissão de radiação não ocorre imediatamente, como no caso da fluorescência;

• Isto ocorre quando há diferença de estados de spin entre os níveis;

• O tempo de armazenamento da energia depende de temperatura (entre outros parâmetros).


Nic

ola

& N

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a

Hipotermia terapêutica

• De 28 oC a 32 oC é considerado hipotermia moderada.


Nic

ola

& N

i col

a

* PTDEC - Phosphorescent temperature dependent energy carrier (Transportador de energia fosforescente, dependente de temperatura)

PTDEC* co-encapsulado

Excitação UV

T = 29,5 oC


Nic

ola

& N

i col

a

Características para o “carrier”:

• Não tóxico;• Ponto ótimo de absorção (excitação) de UV em

torno de 29 0C;• Temperatura crítica para emissão entre 34 e 35 0C;• Emissão na região do vermelho (ressonante com o

fotossensibilizador).


Nic

ola

& N

i col

a

TECIDO

Oxigênio

EncapsulamentoPTDEC

Fotossensibilizador

T = 29,5 oCT = 36 oC


Nic

ola

& N

i col

a

PDT ativada por fosforescência.

“Phosphorescent self-lighting photodynamic therapy”

(Ainda uma ficção!)

SOLUÇÃO # 03

BOA TARDE!

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