Densidade Eletrônica em Tumores Caninos

O aumento significativo na expectativa de vida canina na última década resultou em um crescimento concomitante na incidência de doenças relacionadas à idade, principalmente neoplasias. Em cadelas, as neoplasias mamárias representam o tipo de câncer mais comum, com cerca de 50% dos casos apresentando malignidade. A natureza química e física dos tumores torna essencial a caracterização dessas anormalidades para o desenvolvimento de diagnósticos e tratamentos mais eficazes. A escassez de pesquisas que investigam as alterações químicas e físicas em tecidos mamários caninos afetados por tumores justifica a realização deste estudo, que busca preencher essa lacuna na literatura científica. A similaridade entre o câncer de mama canino e o humano, em termos de características como padrão metastático e dependência hormonal, sugere que os tumores mamários caninos podem servir como um modelo adequado para pesquisas em oncologia humana, auxiliando no desenvolvimento de novas técnicas diagnósticas e terapêuticas que beneficiarão ambas as espécies. O estudo utilizará técnicas avançadas de imagem para investigar a composição elementar dos tecidos e sua relação com o desenvolvimento tumoral.

A fluorescência de raios X (XRF) é uma técnica amplamente utilizada para determinar a composição elementar dos tecidos. No entanto, a XRF apresenta limitações na detecção de elementos leves como carbono e oxigênio, componentes principais da matriz tecidual. Para complementar essas informações e analisar a estrutura do tecido, o estudo integrará a técnica de espalhamento Compton, permitindo o cálculo da densidade eletrônica das amostras. A combinação dessas técnicas, XRF e espalhamento Compton, permitirá uma caracterização mais completa das alterações nos tecidos mamários caninos, tanto em amostras normais quanto neoplásicas. A análise da concentração de elementos-traço (ferro, cobre e zinco) e da densidade eletrônica em diferentes tipos de tecido (normal, benigno e maligno) proporcionará dados relevantes para entender a patogênese do câncer de mama em cães. Estudos anteriores em tecidos mamários humanos demonstraram a associação entre alterações na concentração desses elementos e processos patológicos, fornecendo uma base para esta investigação em cães.

O objetivo principal deste trabalho foi estudar as variações nas concentrações dos elementos-traço (Fe, Cu e Zn) e na densidade eletrônica em amostras de tecido mamário canino normais e neoplásicos, combinando as técnicas de XRF e espalhamento Compton. A metodologia envolveu, inicialmente, a realização de simulações computacionais para otimizar as condições experimentais. Posteriormente, foram realizadas análises em duas etapas: 1) Análise de 13 amostras no Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) utilizando a técnica de fluorescência de raios X por dispersão de energia (ED-XRF), permitindo a obtenção simultânea das concentrações dos elementos-traço e das densidades eletrônicas; 2) Análise de 7 amostras no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), em dois experimentos separados: (a) microfluorescência de raios X (µ-XRF) para mapear a distribuição espacial dos elementos ao redor dos tumores; (b) medidas de espalhamento Compton em pontos selecionados das amostras para determinar a densidade eletrônica nesses pontos. Os resultados obtidos em cada etapa foram comparados e analisados em conjunto.

Antes da realização dos experimentos práticos, simulações computacionais foram conduzidas utilizando o software XRMC. O objetivo principal dessas simulações foi otimizar as condições experimentais para as análises subsequentes de µ-XRF e espalhamento Compton. Para as simulações, foi utilizada uma amostra simulada com a composição química típica de um carcinoma, em formato cilíndrico (2 cm de diâmetro e 1 cm de altura). As simulações foram executadas com energias variando de 10 keV a 25 keV (com incrementos de 1 keV), e o detector (5,0 x 5,0 mm²) foi posicionado em diferentes ângulos (45°, 90° e 135°) para testar diferentes geometrias. O número de fótons incidentes foi fixado em 10¹⁰, considerando a utilização de uma fonte de radiação síncrotron. O tempo de exposição foi de 1 segundo, uma vez que as medições eram pontuais, focadas na obtenção de espectros de XRF e espalhamento Compton. Os computadores usados foram desktops com processador Intel Core i7 (8 núcleos, 4,00 GHz) e 16 GB de RAM. Os resultados dessas simulações foram cruciais para definir os parâmetros ótimos, como energia do feixe e geometria, que maximizaram a eficiência dos experimentos subsequentes no LNLS, otimizando o uso do tempo de feixe.

Após as simulações computacionais, treze amostras de tecido mamário canino foram analisadas no Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) utilizando um arranjo de fluorescência de raios X por dispersão de energia (ED-XRF). Esta técnica permitiu a obtenção simultânea das concentrações de elementos-traço (Fe, Cu e Zn) e das densidades eletrônicas das amostras. Embora os resultados apresentassem flutuações percentuais, provavelmente devido a limitações inerentes à técnica e ao número de amostras, esses dados serviram como base para uma estimativa inicial dos valores de concentração de Cu e Zn, e da densidade eletrônica. A utilização de um equipamento ED-XRF no IFGW se justifica pela sua acessibilidade e baixo custo, em comparação com as técnicas mais avançadas utilizadas no LNLS, servindo como um estudo piloto para refinar a metodologia e estimar faixas de concentração para os experimentos posteriores. A técnica ED-XRF também se destacou por ser uma ferramenta simples e não destrutiva para análise de amostras biológicas, sem necessidade de preparação prévia.

Sete amostras adicionais foram analisadas no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), dividindo-se o processo em duas etapas. A primeira etapa utilizou a técnica de microfluorescência de raios X (µ-XRF) com um feixe branco (polienergético) colimado a 30 µm de diâmetro interno. Esta técnica possibilitou o mapeamento da distribuição espacial dos elementos Fe, Cu e Zn ao redor dos tumores. As amostras foram posicionadas a 45° em relação ao feixe incidente (geometria de reflexão) em uma mesa XYZ, permitindo controle preciso do posicionamento. Um microscópio óptico com zoom motorizado auxiliou na identificação das regiões de interesse. Na segunda etapa, foram realizadas medições de espalhamento Compton em pontos selecionados das amostras, utilizando-se o software PyMca 4.4.0 para analisar os espectros obtidos. Com base nas imagens de µ-XRF e nos dados de espalhamento Compton, foi possível calcular a densidade eletrônica em cada ponto analisado, permitindo correlação com os dados histopatológicos e com os resultados obtidos no IFGW. A otimização das condições experimentais, proporcionada pelas simulações, permitiu um melhor uso do tempo de feixe no LNLS, recurso valioso para experimentos com síncrotron.

As análises realizadas no Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) utilizando a técnica de fluorescência de raios X por dispersão de energia (ED-XRF) forneceram dados sobre as concentrações dos elementos-traço (Fe, Cu e Zn) e a densidade eletrônica em treze amostras de tecido mamário canino. Apesar das flutuações percentuais observadas nos resultados (média de 37,3%), possivelmente devido a limitações experimentais como baixo tempo de exposição e número reduzido de amostras, esses dados foram importantes para estimar as concentrações de cobre e zinco, além da densidade eletrônica nas amostras. Embora estas estimativas preliminares apresentem incertezas, elas forneceram um ponto de partida crucial para a interpretação dos resultados mais detalhados obtidos posteriormente com a técnica µ-XRF no LNLS. A utilização da técnica ED-XRF no IFGW, por ser mais acessível e de menor custo, permitiu uma análise inicial das amostras antes da utilização da técnica mais sofisticada e de alto custo do LNLS. Os dados obtidos foram utilizados como um guia para as análises posteriores.

No Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), sete amostras foram analisadas utilizando a técnica de microfluorescência de raios X (µ-XRF), que permitiu o mapeamento da distribuição espacial dos elementos ferro (Fe), cobre (Cu) e zinco (Zn) ao redor dos tumores. Esses mapas foram comparados com as lâminas histológicas correspondentes, analisadas por um patologista veterinário para a identificação precisa das regiões normais e neoplásicas. Em uma amostra de adenoma simples (tumor benigno), observou-se uma concentração elevada de cobre. Em regiões próximas aos tumores, um aumento na concentração de ferro foi detectado, enquanto o zinco se mostrou distribuído de maneira homogênea na maioria das amostras. A utilização da radiação síncrotron no LNLS permitiu um mapeamento de alta resolução, fornecendo informações detalhadas sobre a distribuição espacial dos elementos-traço nas amostras, auxiliando na compreensão da relação entre a composição elementar e a formação tumoral.

A técnica de espalhamento Compton foi aplicada no LNLS para calcular a densidade eletrônica em pontos selecionados das mesmas sete amostras analisadas pela µ-XRF. Os valores de densidade eletrônica obtidos foram comparados com os mapas de µ-XRF e com os laudos das lâminas histológicas. Os resultados mostraram concordância com outros estudos encontrados na literatura, apresentando valores mais elevados em regiões tumorais e menores em áreas de tecido adiposo. Essa concordância valida a metodologia empregada e reforça a importância da combinação das técnicas de XRF e espalhamento Compton para obtenção de informações complementares sobre a composição e estrutura dos tecidos mamários caninos. A análise combinada dos dados de µ-XRF e espalhamento Compton forneceu uma visão integrada da composição elementar e da densidade eletrônica, contribuindo para a compreensão da relação entre esses parâmetros e o desenvolvimento de neoplasias mamárias caninas.

Os resultados obtidos neste estudo foram comparados com a literatura existente, principalmente com pesquisas em tecidos mamários humanos, devido à escassez de estudos similares em tecidos caninos. Observou-se uma concordância significativa em relação à densidade eletrônica, com valores mais altos em regiões tumorais e menores em áreas de tecido adiposo, confirmando achados de outros trabalhos. Entretanto, algumas discrepâncias foram observadas em relação à concentração de zinco (Zn), com este estudo não encontrando aumentos consistentes em tecidos neoplásicos, ao contrário do relatado em estudos com mamas humanas. A alta concentração de cobre (Cu) observada em um adenoma simples também difere de muitos estudos em humanos que se concentram principalmente em neoplasias malignas. Essas diferenças podem ser atribuídas a diversos fatores, incluindo diferenças na composição da mama entre as espécies canina e humana, metodologias distintas e número de amostras analisadas, sugerindo a necessidade de estudos futuros mais abrangentes.

O estudo apresenta algumas limitações que devem ser consideradas na interpretação dos resultados. As flutuações percentuais observadas nos experimentos com ED-XRF, principalmente devido à baixa amostragem e tempo disponível para as medições, indicam a necessidade de um maior número de amostras e tempos de exposição mais longos para reduzir a incerteza. A utilização de um tubo de raios X convencional como fonte de radiação, embora acessível, apresenta menor intensidade quando comparado à radiação síncrotron, o que pode ter afetado as medições. Em relação ao mapeamento por µ-XRF, a análise da secção completa do tecido, ao contrário do uso de TMAs (tissue microarray) em muitos estudos na literatura, pode também ter influenciado os resultados. Para trabalhos futuros, recomenda-se o aumento do número de amostras, otimização da geometria para detecção dos picos Compton e de XRF, e a utilização de tempos de exposição maiores para obtenção de um número maior de contagens de fótons. A comparação direta entre tecidos mamários caninos e humanos, utilizando as mesmas metodologias, também é crucial para uma melhor compreensão das possíveis divergências observadas.

Apesar das limitações mencionadas, os resultados deste estudo demonstram a eficácia da combinação das técnicas de XRF e espalhamento Compton para obtenção de informações complementares sobre a composição elementar e a densidade eletrônica em tecidos mamários caninos normais e neoplásicos. A abordagem multimodal empregada, combinando ED-XRF e µ-XRF com espalhamento Compton, permitiu uma caracterização mais completa das alterações teciduais associadas ao desenvolvimento de tumores. A pesquisa contribui para a compreensão da composição elementar de tumores mamários caninos e destaca a importância de estudos futuros com maior número de amostras e otimização das metodologias para uma melhor precisão e generalização dos resultados. Apesar das diferenças observadas em relação a estudos com mamas humanas, a similaridade em alguns aspectos sugere a utilidade do modelo canino para pesquisas em oncologia. O presente estudo serve como base para futuras pesquisas, destacando a importância de uma abordagem multidisciplinar e a utilização de técnicas avançadas de imagem para o estudo do câncer de mama em cães.