Microenvironmental influence on microtumour infiltration patterns: 3D-mathematical modelling supported by: In vitro studies

Mathematical modelling approaches have become increasingly abundant in cancer research. Tumour infiltration extent and its spatial organization depend both on the tumour type and stage and on the bio-physicochemical characteristics of the microenvironment. This sets a complex scenario that often requires a multidisciplinary and individually adjusted approach. The ultimate goal of this work is to present an experimental/numerical combined method for the development of a three-dimensional mathematical model with the ability to reproduce the growth and infiltration patterns of a given avascular microtumour in response to different microenvironmental conditions. The model is based on a diffusion-convection reaction equation that considers logistic proliferation, volumetric growth, a rim of proliferative cells at the tumour surface, and invasion with diffusive and convective components. The parameter values of the model were fitted to experimental results while radial velocity and diffusion coefficients were made spatially variable in a case-specific way through the introduction of a shape function and a diffusion-limited-aggregation (DLA)-derived fractal matrix, respectively, according to the infiltration pattern observed. The in vitro model consists of multicellular tumour spheroids (MTSs) of an epithelial mammary tumour cell line (LM3) immersed in a collagen I gel matrix with a standard culture medium ("naive" matrix) or a conditioned medium from adipocytes or preadipocytes ("conditioned" matrix). It was experimentally determined that both adipocyte and preadipocyte conditioned media had the ability to change the MTS infiltration pattern from collective and laminar to an individual and atomized one. Numerical simulations were able to adequately reproduce qualitatively and quantitatively both kinds of infiltration patterns, which were determined by area quantification, analysis of fractal dimensions and lacunarity, and Bland-Altman analysis. These results suggest that the combined approach presented here could be established as a new framework with interesting potential applications at both the basic and clinical levels in the oncology area.Fil: Luján, Emmanuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Simulación Computacional para Aplicaciones Tecnológicas; ArgentinaFil: Soto, Daniela. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Rosito, María Sol. Consejo Nacional de Investigaciónes Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Astronomía y Física del Espacio. - Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Astronomía y Física del Espacio; ArgentinaFil: Soba, Alejandro. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Guerra, Liliana Noemi. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Calvo, Juan Carlos. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Marshall, Guillermo Ricardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física del Plasma. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física del Plasma; ArgentinaFil: Suárez, Cecilia Ana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física del Plasma. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física del Plasma; Argentin

Modelado matemático de un patrón de invasión tumoral a través de ecuaciones de reacción-difusión y fractales DLA (diffusion limited aggregation)

Siendo el cáncer una enfermedad altamente compleja, es necesario que su estudio se encuadre dentro de la biología de sistemas. En el caso del tumor mamario, ha sido ampliamente establecida la importancia del estroma, y específicamente del adipocito, como uno de los principales reguladores de la progresión tumoral. Recientemente hemos presentado un modelo matemático basado en una ecuaciónde reacción-difusión-convección que logra describir y predecir el crecimiento e infiltración de esferoides multicelulares de una línea tumoral epitelial mamaria inmersos en un gel tridimensional de colágeno I (modelo in vitro de un microtumor de estadio avascular infiltrando una matriz hospedadora). En el presente trabajo se presenta una derivación de ese modelo que logra describir en este caso un patrón de diferente al anterior resultante de la incorporación de medio condicionado proveniente de adipocitos al microambiente tumoral de los esferoides. El modelo describe la zona de infiltración tumoral a través de un término de proliferación celular, una fuente de células en la superficie delesferoide y un componente difusivo de la invasión. La descripción del tipo de invasión en este caso se logra incorporando una difusión espacialmente variable dependiente de una matriz fractal generada por una variante del método de DLA (diffusion limited aggregation). Los valores de los principales parámetrosdel modelo se estiman a partir de datos experimentales. Las simulaciones obtenidas se ajustan cualitativa y semicuantitativamente a los resultados in vitro, según muestran los análisis de fractalidad realizados por los métodos de boxcounting y lagunaridad. La potencialidad de esta interacción teórico-experimental es muy amplia para estudiar las relaciones entre un tumor y su microambitente circundante.Fil: Luján, Emmanuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física del Plasma. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física del Plasma; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Simulación Computacional para Aplicaciones Tecnológicas; ArgentinaFil: Soto, Daniela. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Rosito, María S.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Soba, Alejandro. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Guerra, Liliana Noemi. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Luján; ArgentinaFil: Marshall, Guillermo Ricardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física del Plasma. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física del Plasma; ArgentinaFil: Suárez, Cecilia Ana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física del Plasma. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física del Plasma; Argentin

In Vitro and In Vivo Evaluation of Lyophilized Bovine Bone Biocompatibility

INTRODUCTION: The use of bone grafts in orthopedic, maxillofacial and dental surgery has been growing. Nevertheless, both fresh autografts and frozen allografts have limitations, and therefore, alternative synthetic or natural biomaterials, such as processed and lyophilized bovine bone graft have been developed. OBJECTIVE: To evaluate in vitro and in vivo biocompatibility of lyophilized bovine bone manufactured in a semi-industrial scale, according to a modifical protocol developed by the authors. METHODS: Samples of bovine cancellous bone were processed according to a protocol developed by Kakiuchi et al., and modified to process samples of bovine cancellous bone. The following trials were performed: in vitro cytotoxicity, in vivo acute systemic toxicity, in vivo oral irritation potential, in vitro pyrogenic reaction, and bioburden. RESULTS: The in vitro evaluation of lyophilized bovine cancellous bone revealed an absence of cytotoxicity in 100% of the samples. Regarding in vivo evaluation of acute systemic toxicity, neither macroscopic abnormalities nor deaths were noted in the animals. Pyrogenicity was not greater than 0.125 UE/ml in any of the samples. The bioburden revealed negative results for microbial growth before sterilization. Regarding the oral irritation potential, in vivo evaluation at 24 and 72 hours showed that the animals had no edema or erythema on the oral mucosa. CONCLUSION: The protocol changes established by the authors to prepare lyophilized bovine cancellous bone at a semi-industrial scale is reproducible and yielded a product with excellent biocompatibility

Reabilitação acelerada versus reabilitação convencional na artroplastia total do quadril (ARTHA) : um ensaio clínico randomizado, duplo cego

Objectives: compare an accelerated physiotherapeutic protocol to a conventional physiotherapeutic protocol in total hip arthroplasty patients. Methods: a randomized double blinded clinical trial performed from August 2013 to November 2014. Forty-eight patients diagnosed with hip osteoarthritis submitted to a total hip arthroplasty surgery. An accelerated rehabilitation physiotherapy applied three times a day and start gait training on the first day or standard physiotherapy applied once a day and start gait training on the second or third day of hospitalization. The Merle dAubigné and Postel score (mobility, pain and gait), muscle strength force, range of motion, in hospital stay and time to start of gait training, were the outcomes. Results: the mean age was 64.46 years (10.37 years standard deviation). No differences were observed in age in different genders, and the two randomization groups were homogeneous. In hospital stay was lower in the intervention group compared to the control group, 3 (3-4) days [median (interquartile range)] versus 4 (4-5) days. Time to the start of gait training was early in the intervention group compared to the control group, 1 (1-1) days versus 2 (2-2) days. Higher muscle strength values were observed in the postoperative results in the intervention group compared to the control group for internal rotation, external rotation and abduction. Conclusions: an accelerated physiotherapeutic protocol should be encouraged, because it shows favourable results in gait, muscle strength and length of hospital stay, even upon hospital discharge.Objetivos: comparar um protocolo fisioterapêutico acelerado com um protocolo fisioterapêutico convencional em pacientes submetidos a artroplastia total do quadril. Métodos: ensaio clínico randomizado, duplo-cego, realizado de agosto/2013 a novembro/2014. Quarenta e oito pacientes diagnosticados com coxartrose submetidos a cirurgia de artroplastia total do quadril. Fisioterapia de reabilitação acelerada aplicada três vezes ao dia com início de marcha no primeiro dia ou fisioterapia convencional aplicada uma vez ao dia e início de marcha no segundo ou terceiro dia de hospitalização. Os escores de Merle dAubigné e Postel (mobilidade, dor e marcha), força muscular, amplitude de movimento, internação hospitalar e tempo para o início de marcha foram os desfechos. Resultados: a idade média foi 64,46 anos (desvio padrão 10,37 anos). Não foram observadas diferenças na idade nos diferentes sexos, e os grupos de randomização foram homogêneos. O tempo de internação hospitalar foi menor no grupo intervenção em comparação ao grupo controle, 3 (3-4) dias [mediana (intervalo interquartil)] versus 4 (4-5) dias. O tempo para início da marcha foi precoce no grupo de intervenção em comparação ao grupo controle, 1 (1-1) dias versus 2 (2-2) dias. Maiores valores de força muscular foram observados nos resultados pós-operatórios no grupo intervenção em comparação ao grupo controle para rotação interna, rotação externa e abdução. Conclusões: um protocolo fisioterapêutico acelerado deve ser incentivado, pois apresenta resultados favoráveis na marcha, força muscular e tempo de internação, mesmo após a alta hospitalar

Total hip arthroplasty with Biomec : 20-year follow-up

Objetivo: Avaliar o desfecho clínico e radiográfico da artroplastia total de quadril (ATQ) com prótese Biomec em um período de 20 anos (1988 a 2008). Métodos: Os pacientes foram avaliados clinicamente segundo a classificação funcional de Merle d’Aubigné e Postel e submetidos à radiografia de bacia em anteroposterior (AP) e da articulação operada em perfil. As variáveis avaliadas foram osteólise acetabular e femoral, desgaste do polietileno, migração da haste, seguimento e desfecho clínico. Resultados: O seguimento médio foi de 10,6 anos (4 a 20 anos); a amostra foi de 84 pacientes, sendo 32 do sexo masculino e 52, do feminino; a idade média no pré-operatório foi de 47 anos; obtivemos 88% de resultados bons e muito bons na avaliação clínica. Com relação aos achados radiográficos obtivemos 92,5% de bons resultados. O desgaste médio do polietileno foi de 1,4mm. Conclusão: A utilização da prótese Biomec nesta coorte apresentou bons resultados clínicos e radiográficos.Objective: To analyze the clinical and radiological outcomes of total hip arthroplasty with Biomec prosthesis over a 20-year period (1988 to 2009). Methods: The patients were evaluated clinically according to the Merle d’Aubigné and Postel functional classification, and submitted to anteroposterior (AP) radiography of the spleen and operated joint in profile. The variables evaluated were acetabular and femoral osteopenia, polyethylene wear, stem migration, follow-up and clinical outcomes. Results: The mean follow-up was 10.6 years (4 to 21years), the sample consisted of 84 patients; 32 male and 52 female; the mean preoperative age was 47 years; we obtained 88% good or excellent results in the clinical evaluation. In relation to the radiological findings, we obtained 92.5% good results. The mean polyethylene wear was 1.4 mm. Conclusion: The use of the Biomec prosthesis in this cohort showed good clinical and radiographic results