1. Repositorio Institucional del Tecnológico Nacional de México (RI - TecNM)
2. Tesis de Posgrado
3. Morelos
4. Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico
5. Tesis CENIDET
6. Tesis Doctorado
7. Tesis de Doctorado en Ingeniería Mecánica

Title:	Interacción asistida por ultrasonido célula a célula para la inactivación de células de cáncer
Authors:	Gómez Girón, Julio
metadata.dc.subject.other:	Método del elemento finito, análisis modal, análisis armónico, célula de cáncer de mama, frecuencia natural.
Issue Date:	2025-03-31
Publisher:	Tecnológico Nacional de México
metadata.dc.publisher.tecnm:	Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico
Description:	Según el Instituto Mexicano del Seguro Social (IMSS), aproximadamente 28 000 nuevos casos de cáncer de mama se reportan anualmente a partir de 2023. Desafortunadamente, las estadísticas revelan que el 60% de estos casos se diagnostican en etapas avanzadas. En 2022, 7 840 mujeres perdieron la vida debido al cáncer de mama. El IMSS también informó que el costo del tratamiento del cáncer de mama varía según la etapa de la enfermedad, oscilando entre $5,855 y $11,770 USD por año en promedio. Este costo puede aumentar hasta $20,600 USD anualmente en sistemas de salud privados. Reconociendo esta carga, numerosas iniciativas de investigación han buscado reducir o erradicar el cáncer de mama en las últimas décadas. Entre estas iniciativas, el ultrasonido ha sido ampliamente estudiado por su potencial para inducir la muerte de células cancerosas. Con el objetivo de avanzar en esta línea de investigación, el presente estudio se centra en identificar las frecuencias naturales que maximicen los desplazamientos en los componentes celulares cancerosos, con el fin de matarlas sin provocar daños significativos en las células sanas, y se complementa mediante una validación experimental in-vitro para confirmar estos hallazgos. En este contexto, se desarrollaron modelos de células de cáncer de mama, MCF-7, y su contraparte homóloga sana, MCF10A. Los modelos se utilizaron para realizar análisis modal y armónico amortiguado mediante el método del elemento finito. El análisis modal demostró diferencias porcentuales significativas en las frecuencias naturales de ambas líneas celulares, con una diferencia del 121% en el modo 1. Esta diferencia se incrementó en promedio un 5% con el incremento del número de modos analizados, lo que indicó una respuesta dinámica distinta entre ambas estructuras. El análisis armónico permitió identificar las frecuencias que generaron las máximas amplitudes en los componentes de la célula cancerosa. Los parámetros identificados fueron: en primer lugar, 31.27 kHz, que produjo amplitudes de 8.1, 3.9 y 1.87 μm en el núcleo, y de 28, 13.6 y 6.4 μm en la membrana; en segundo lugar, 31.9 kHz, con amplitudes de 6.4, 3.6 y 1.7 μm en el núcleo, y de 22.6, 12.7 y 6.2 μm en la membrana; y en tercer lugar, 30.6 kHz, que generó amplitudes de 6.2, 3.7 y 1.86 μm en el núcleo, y de 21, 12.5 y 6.2 μm en la membrana para relaciones de amortiguamientos del 10, 20 y 30%, respectivamente. Además, el análisis armónico demostró que con una intensidad de ultrasonido de 4.6 W/cm² se pueden generar amplitudes de 14.1 μm en la célula cancerosa. Para validar los resultados numéricos se desarrolló un circuito electrónico de control de potencia que mantuvo los parámetros de frecuencia e intensidad de una fuente de ultrasonido, igualándolos a los obtenidos en el análisis numérico. Las células estudiadas se cultivaron en un ambiente controlado a 37°C, con 5% de dióxido de carbono y 95% de oxígeno. Posteriormente, las células cancerosas y sanas se radiaron a una frecuencia forzada de 31.27 kHz con una intensidad de 4.6 W/cm² durante 18 minutos, lo que provocó la muerte del 22% de las células cancerosas y solo del 7% de las células sanas. A las 48 horas, el 20.5% de las células cancerosas continuaron muertas, mientras que solo el 3.7% de las células sanas mostraron el mismo estado; a las 72 horas, el 18.1% de las células cancerosas y el 0.3% de las células sanas continuaban en estado de muerte celular. Una exposición de 35 minutos provocó la muerte del 24% de las células cancerosas y del 9% de las células sanas. Sin embargo, después de 48 horas, solo el 1% de las células sanas y cancerosas mostraron viabilidad, lo que indicó que no se recuperaron tras la exposición al ultrasonido. Por lo tanto, una exposición de 18 minutos resultó adecuada para la radiación de ultrasonido a las células estudiadas, ya que evita daños significativos en las células sanas. Con base en los resultados, se concluye que la interacción asistida por ultrasonido a la frecuencia natural de las células cancerosas las inactiva sin afectar de manera irreparable a la población de células sanas.
metadata.dc.type:	info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
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