טמפרטורות גבוהות יכולות להיות מנוצלות לטובת הרס של תאים סרטניים, כשיטה לטיפול בסרטן הידועה כ- "אונקולוגיה היפרתרמית". על אף העובדה כי הרעיון מאחורי שיטות טיפול אלו קיים כבר זמן מה, רק לאחרונה נמצאו כלים חדשים והעברה מדויקת יותר של חום, אשר איפשרו להיפרתרמיה להיות שיטה לטיפול בסרטן. בעוד שהמחקרים אודות אונקולוגיה היפרתרמית נמשכים, הוכח כי סימולציה היא כלי חשוב בהשגת הבנה מעמיקה יותר של הדרך למיקוד החום בגידולים תוך כדי הגבלת הנזק לרקמות הבריאות.
כיצד היפרתרמיה עוזרת לטיפול בסרטן?
ישנן שתי דרכים שונות בהן היפרתרמיה יכולה לעזור בטיפול בסרטן. הראשונה נקראת היפרתרמיה מקומית, או אבלציה תרמית, ועושים בה שימוש כטיפול באזור קטן של תאים, כגון גידולים. טיפול זה מוצלח יותר כאשר משתמשים בו לטיפול בגידולים שנמצאים על או ליד העור. בטיפול זה, האזור מחומם בדרך כלל לטמפרטורות של בין 40 ל- 45 מעלות צלסיוס (104 ל- 113 מעלות פרנהייט). הסוג השני נקרא היפרתרמיה אזורית, ובו משתמשים בחום נמוך להעלאת הטמפרטורה באזור מסוים בגוף כמו איבר זה או אחר. בד"כ הטמפרטורה לא מספיק גבוהה כדי להרוס רקמות, אך לעומת זאת היא משולבת עם כימותרפיה או קרינה כדי להפוך את הטיפולים הללו לאפקטיביים יותר.
נכון להיום, טיפולי אונוקולוגיה היפרתרמית נמצאים תחת בדיקות וניסויים נרחבים. הטיפול מוצע רק במספר קטן של מרכזים ברחבי העולם. כיוון שקשה למדוד את הטמפרטורה בתוך הגידול, קשה להבטיח כי האזור המטופל נשמר בטווח הטמפרטורה המדויק שנזקק לתקופת הזמן הרלוונטית, ללא השפעה על הרקמות שמסביב. בנקודה זו סימולציה מוכחת ככלי עוצמתי. ניתן להשתמש בה כדי לחקור את התגובות של סוגי רקמות שונים להיפרתרמיה, לקבוע את הטמפרטורות המושגות בתוך גידול, ולעזור בהחלטה על התכנון האופטימאלי והמיקום של חיישני טמפרטורה.
שימוש בסימולציה לשיפור הטיפול
בואו נעיף מבט על מודל של שיטת טיפול היפרתרמיה מקומית שמשתמש בהתגבשות גלי מיקרו לחימום גידול ע"י החדרת אנטנה לתוכו. שיטה זו נפוצה בטיפול בקרצינומה הפטוצלולרית (הסוג הכי נפוץ של סרטן הכבד). גלי המיקרו מחממים את הכבד ויוצרים אזור מגובש בו התאים הסרטניים מושמדים.
הדוגמא במודל לוקחת בחשבון את תפוצת הטמפרטורה, הקרינה, ושיעור הספיגה הסגולית ברקמת כבד. גיאומטריית המודל מוצגת למטה. המודל מורכב מרקמת כבד, האנטנה ממנה מועברת התגבשות גלי המיקרו, וחריץ בצורת טבעת המשמש להרחבת גודל אזור ההתגבשות ברקמת הכבד.
כיוון שהמודל מכיל סימטריה סיבובית, האזור המחושב יכול להיות מיוצג בשני מימדים ע"י שימוש בקואורדינטות גליליות. כיוון שנחסך זמן חישוב במידול בשני מימדים, ניתן לבחור ברשת סבוכה, אשר תספק תוצאות מאוד מדויקות. במודל, החלקים המתכתיים של האנטנה והחריץ נקבעו להיות הגבולות. ממודל מעבר חום באזור הכבד, ונעשה שימוש בבידוד במקום בו האזור מסתיים. בנוסף לניתוח מעבר חום, הסימולציה נותנת גם מידע אודות רמת הפגיעה ברקמות בזמן התהליך, כפי שחושב ע"י משוואת ארניוס. המודל מניח כי דם חודר לכבד ב- 37 מעלות צלסיוס.
הצורה למטה מציגה את תוצאות תפוצת הטמפרטורה ברקמת הכבד בכוח כניסה של גלי מיקרו של 10 וואט אחרי 10 דקות. הטמפרטורה הכי גבוהה נמדדת ליד האנטנה ויורדת ככל שמתרחקים, מגיעה ל- 37 מעלות סלציוס בסמוך לאזורים החיצוניים של המרחב (התמונה העליונה). נראה כי הטמפרטורה הקרה באופן יחסי של הדם מגבילה את אזור הרקמה שהתחממה. התמונה התחתונה מראה את חלק הרקמה שיש בו נמק.
המודל יודע גם לחשב את ערך שיעור הספיגה הסגולית בתוך הכבד, והגרף למטה מראה זאת מחושב לאורך קו המקביל לאנטנה ובמרחק 2.5 מילימטרים מציר האנטנה.
העתיד בטיפולי סרטן בהיפרתרמיה
ניסיונות רפואיים הראו כי היפרתרמיה העלתה בצורה משמעותית את האפקטיביות של רדיותרפיה וכימותרפיה. לעומת זאת, ישנם שני סיבוכים עיקריים שהופכים את הטיפול בהיפרתרמיה לאתגר: היכולת לקבוע במדויק את הטמפרטורה בתוך גידול, והיכולת להבטיח כי טמפרטורה אחידה מושגת בתוך האזור המבוקש. למרות זאת, כלים מתקדמים להעברת חום וניטור טמפרטורה, מבטיחים את העתיד בטיפולי היפרתרמיה. התקדמות בטכניקות חישוב גם משחקת תפקיד בהתפתחות זו. בנוסף לסיפוק אינפורמציה מדויקת יותר אודות תכנון, אופטימיזציה והטמעת טיפולי היפרתרמיה, משתמשים גם בסימולציה כדי לפתח טיפולי היפרתרמיה מותאמים אישית. מחקרים עכשוויים ממשיכים להסתמך על סימולציה בכדי להבין טוב יותר, לשפר ולאפיין אונקולוגיה היפרתרמית.