BOA TARDE!

1. BOA TARDE! Jorge Humberto Nicola

2. Faculdade de Filosofia Ciências e Letras – UFRGS – Bacharel em Ciências – 1963 - 1966 Instituto de Física – UFRGS – Mestre em Ciências – 1970 Instituto de Física – UFRGS – Doutor em Ciências – 1974 (de 1967 a 1976 – Professor do IF / UFRGS) De 1976 a 1994 – Professor do IFGW – UNICAMP Aposentado desde junho de 1994

3. O FÍSICO

4. O FÍSICO O MÉDICO

5. 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”). O FÍSICO O MÉDICO

6. ...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

7. ...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

8. Física e Interdisciplinaridade: o retorno às origens!

9. Física e Interdisciplinaridade: o retorno às origens! Um exemplo: Física e Medicina

10. (...por que este exemplo?) • Relacionamento pessoal com a medicina • Casei com uma estudante de medicina

11. (...por que este exemplo?) • Relacionamento pessoal com a medicina • Casei com uma estudante de medicina • Chefia da oficina mecânica e vácuo do IF • Atendimento à constantes solicitações da medicina

12. (...por que este exemplo?) • Relacionamento pessoal com a medicina • Casei com uma estudante de 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)

13. Diagnóstico Tratamento Fisiologia

14. Diagnóstico

15. Urine analysisby laser Raman spectroscopy • PremasiriWR, Clarke RH, Womble ME. Lasers SurgMed 2001;28(4):330-4

16. Espectroscopia Raman, facilitada hoje por CCD e fibras óptica (ex vivo e in vivo): • Detecção precoce de câncer • Composição de placas ateroscleróticas • Identificação da ação de vários agentes na pele • Identificação rápida de microorganismos patogênicos • ...

17. Fluorescência “nativa” • Relacionada a patologias Nicola & Nicola

18. Fluorescência “nativa” • Relacionada a patologias • Neste caso a fluorescência vermelha é das porfirinas produzidas por bactérias, especialmente “Porphiromonagengivallis. Nicola & Nicola

19. Fluorescência “nativa” • 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 Nicola & Nicola

20. LEDs 410 nm 5 mw Optical fiber and filter Sistema simples para aquisição de dados. Nicola & Nicola

21. LEDs 410 nm 5 mw VENTER OF TONGUE Optical fiber and filter Sistema simples para aquisição de dados. 500 nm 630 nm 500 nm 630 nm Nicola & Nicola

22. Fluorescência exógena

23. 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).

24. “Fluorescence imaging of MGH human bladder tumor.” • White light image of the tumor before drug administration, • Ce6-PVP induced red fluorescence in tumor imaged under blue light illumination at 3 h post drug administration. • 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

25. Tratamento

26. Terapia Fotodinâmica (PDT - Photo Dynamic Therapy) • Física • Química • Biologia • Medicina • ...

27. 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.

28. Oxigênio Molecular na PDT • O oxigênio molecular (O2) é substância de vital importância para a manutenção da vida celular; • Ocorre em duas formas (estados), fisicamente distintas: • Singlete • Triplete • Na natureza se encontra no estado triplete (mais baixa energia);

29. Oxigênio Molecular na PDT • O oxigênio molecular (O2) é substância de vital importância para a manutenção da vida celular; • Ocorre em duas formas (estados), fisicamente distintas: • Singlete • Triplete • Na natureza se encontra no estado triplete (mais baixa energia); • O oxigênio singlete é cerca de 1.500 vezes mais oxidante do que o triplete, portanto citotóxico!

30. Oxigênio Molecular na PDT MOLÉCULA DE OXIGÊNIO S1 Primeiro excitado Energia 0,9769 ev Estado fundamental To 1 electron volt (ev) = 1.6 x 10-19 joules

31. Oxigênio Molecular na PDT MOLÉCULA DE OXIGÊNIO Uma energia de 0,9769 eV (equivalente a λ = 1,27 µm no vácuo) é o suficiente para propiciar a transição T0 → S1. S1 Primeiro excitado Energia 0,9769 ev Estado fundamental To 1 electron volt (ev) = 1.6 x 10-19 joules

32. Oxigênio Molecular na PDT MOLÉCULA DE OXIGÊNIO Uma energia de 0,9769 eV (equivalente a λ = 1,27 µm no vácuo) é o suficiente para propiciar a transição T0 → S1. S1 Primeiro excitado Energia 0,9769 ev Estado fundamental To Portanto: 0,9769 ev é energia capaz de destruir vida! 1 electron volt (ev) = 1.6 x 10-19 joules

33. Oxigênio Molecular na PDT O ESPECTRO SOLAR É RICO EM 1,27 µm MAS, SOBREVIVEMOS! 1.27 µm

34. Transferência de Energia por Absorção de Fótons λ= 1,27 µm S0 proibida A transição T1 → S0, por absorção de fótons é fisicamente proibida! T1 Molécula de Oxigênio

35. S0 T1 Outra forma de Transferência de Energia (Fluorescence resonance energy transfer (FRET)) S1 Tn Molécula intermediária Oxigênio T1 Vermelho 1,27 m S0

36. S0 T1 Outra forma de Transferência de Energia (Fluorescence resonance energy transfer (FRET)) FOTONS Não radiativa Oxigênio S1 Tn Molécula intermediária Molécula intermediária Oxigênio T1 Vermelho 1,27 m S0

37. PDT • Derivados de Hematoporfirina (HpD), e outras substâncias, atuam como moléculas intermediárias (fotossensibilizadores); • Em geral não são tóxicas e podem ser injetadas em animais;

38. 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.

39. TERAPIA FOTODINÂMICA • PARÂMETROS: • Concentração do foto- sensibilizador • Concentração de Oxigênio Tecido HPD Oxigênio triplete

40. TERAPIA FOTODINÂMICA • PARÂMETROS: • Concentração do foto- sensibilizador • Concentração de Oxigênio • Fluência Tecido l Fóton = 632 nm HPD Oxigênio triplete

41. TERAPIA FOTODINÂMICA • PARÂMETROS: • Concentração do foto- sensibilizador • Concentração de Oxigênio • Fluência Tecido Transferência de energia não radioativa HPD Oxigênio triplete

42. TERAPIA FOTODINÂMICA • PARÂMETROS: • Concentração do foto- sensibilizador • Concentração de Oxigênio • Fluência Tecido HPD Oxigênio singlete

43. TERAPIA FOTODINÂMICA • PARÂMETROS: • Concentração do foto- sensibilizador • Concentração de Oxigênio • Fluência Tecido Destruição celular HPD Oxigênio singlete

44. Luz visível TECIDO (Fluorescence resonance energy transfer (FRET)) Não radiativa Oxigênio Fotossensibilizador DIFICULDADE TÉCNICA! Atenuação

45. Infra Vermelho 2 TECIDO Fotossensibilizador Infra Vermelho 1 Vermelho Não radiativa Oxigênio Molécula conversora de dois fótons (eficiente) Encapsulamento por nano partículas (Nano agregação) – ORMOSIL: Organicaly Modified Silica. Sehoon Kim et al, 2007.

46. R x TECIDO Fotossensibilizador Vermelho Não radiativa Oxigênio Encapsulamento por nano partículas Partícula luminescente (nano) OUTRA SOLUÇÃO!

47. ... O grande problema para praticar a interdisciplinaridade é o desenvolvimento de uma linguagem de entendimento entre as disciplinas. Porca? Biológicas Exatas!

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

49. Muito obrigado! jhnicola@inmetro.gov.br

50. MAIS UMA SOLUÇÃO! PDT ativada por fosforescência. “Phosphorescent self-lighting photodynamic therapy”