Nuevos horizontes para la imagen molecular

Las imágenes moleculares se utilizan para visualizar los procesos biológicos que ocurren dentro de los órganos. Complementa las imágenes anatómicas tradicionales, pero sus aplicaciones clínicas siguen siendo limitadas.

La medicina nuclear es la referencia actual en imágenes moleculares, pero las especificidades de la resonancia magnética podrían ampliar sus posibilidades. Los investigadores de la EPFL descubrieron recientemente un proceso que permite aumentar considerablemente la sensibilidad de esta técnica sin utilizar sustancias artificiales.

Desde el descubrimiento de los rayos X a finales del siglo XIX, ha habido muchos avances técnicos en la imagen médica. Puramente anatómico en sus comienzos, también se ha vuelto funcional, y ahora es posible visualizar tanto la actividad de los órganos como su estructura.

Para ir más allá, el desafío técnico actual es desarrollar técnicas que permitan evaluar esta actividad a nivel molecular. El trabajo realizado por el equipo de Arnaud Comment en la Escuela Politécnica de Lausana (EPFL), cuyos resultados fueron publicados recientemente en la revista PNAS, podría marcar un importante punto de inflexión en esta dirección.

Actualmente, la técnica más utilizada en la clínica para estudiar la actividad metabólica de un tejido es la tomografía por emisión de positrones (PET). Debido a que las células cancerosas tienen una mayor actividad metabólica que las células sanas, consumen más azúcar.

Después de la inyección de un agente de imagen que contiene una forma radioactiva de un análogo de la glucosa, es entonces posible localizar un tumor. Sin embargo, la PET no permite una buena identificación anatómica. Por lo tanto, la mayoría de las veces, esta técnica debe ir acompañada de un examen con escáner de rayos X.

La resonancia magnética tiene grandes ventajas sobre la PET: su resolución anatómica es mucho mejor y no induce a la irradiación del paciente, lo que permite repetir el examen con seguridad para el seguimiento clínico. Además, permite una diferenciación específica de las moléculas observadas mediante la espectroscopia.

Sin embargo, para obtener información sobre el metabolismo de los organismos mediante la resonancia magnética, es necesario inyectar un agente de contraste, cuya sensibilidad de detección sigue planteando un problema. «La señal detectada por un escáner de resonancia magnética proviene principalmente de los átomos de hidrógeno contenidos en las moléculas de agua, que constituyen el 70% de nuestro organismo», explica Jean-Noël Hyacinthe, profesor de la Escuela de Salud de Ginebra y coautor del estudio.

Pero con las técnicas actuales, de un millón de moléculas de agua, el escáner sólo detecta una». Una sensibilidad suficiente para proporcionar muy buenas imágenes, pero que debe ser mejorada para permitir el uso de la resonancia magnética en imágenes moleculares.

Hiperpolarización

Es con el objetivo de mejorar esta sensibilidad que el equipo de Arnaud Comment, profesor de la EPFL, se interesó en un proceso llamado hiperpolarización. «La polarización de las moléculas representa, esquemáticamente, el número de moléculas de interés orientadas en la dirección del campo magnético del escáner de resonancia magnética», explica Pr Comment.

La hiperpolarización nos permite colocar un número máximo de partículas en la «orientación correcta» y así aumentar considerablemente el número de partículas detectables». La sensibilidad después de la hiperpolarización es 10.000 veces mejor: «un umbral que hace que la técnica sea lo suficientemente potente como para convertirse en una herramienta de elección en la imagen molecular», subraya Jean-Noël Hyacinthe.

Sin embargo, hay un inconveniente en este proceso. Además de una temperatura extremadamente baja y un fuerte campo magnético, para hiperpolarizar los átomos hay que añadir radicales persistentes. Sin embargo, estos radicales pueden ser tóxicos una vez en el cuerpo del paciente, por lo que la solución del trazador hiperpolarizado debe ser filtrada antes de ser inyectada.

«Incluso después de la filtración, no es imposible que una pequeña cantidad de radicales esté todavía presente, señala Arnaud Comment. Pero es principalmente la pérdida de tiempo que este paso induce lo que plantea un problema». La señal emitida por el trazador sólo es detectable durante un minuto, así que cada segundo es precioso.

Para mejorar la técnica de hiperpolarización, los investigadores de la EPFL han desarrollado un protocolo que ya no utiliza radicales y por lo tanto hace innecesaria la etapa de filtración. «Las condiciones de temperatura y campo magnético siguen siendo similares, pero en lugar de añadir radicales utilizamos simples rayos ultravioleta», explica Arnaud Comment.

Los radicales producidos por la luz tienen la ventaja de ser eliminados naturalmente cuando la solución hiperpolarizada se calienta antes de la inyección». Menos pérdida de señal y no más toxicidad para el paciente: el protocolo parece prometedor.

El interés de este descubrimiento en el avance de la imagen molecular por resonancia magnética es innegable», entusiasma Luc Darasse, director de investigación del Laboratorio de Resonancia Magnética Médica y Multimodalidad del CNRS. El desarrollo de esta modalidad de imagen es un gran desafío para el siglo XXI, ya que no sólo permitirá definir nuevas dianas terapéuticas, sino sobre todo ofrecer una medicina personalizada a los pacientes».

Determinar la agresividad de un tumor, ajustar un tratamiento anticanceroso en función de la respuesta del paciente, o la detección precoz de la insuficiencia cardíaca son aplicaciones que son posibles gracias a la hiperpolarización de los trazadores. Los investigadores de la EPFL esperan ahora poder iniciar rápidamente las primeras pruebas clínicas utilizando su protocolo.

Hiperpolarización y cáncer de próstata

El uso de moléculas hiperpolarizadas ha sido de interés para los científicos desde hace varios años. El equipo de Daniel Vigneron de la Universidad de San Francisco publicó en 2013 los resultados de un primer ensayo clínico realizado en pacientes con cáncer de próstata. Los investigadores utilizaron piruvato hiperpolarizado, la misma molécula utilizada por los investigadores de Lausana.

El piruvato es un azúcar presente de forma natural en el cuerpo y una fuente de energía para las células. «Debido a una mutación genética, las células cancerosas consumen más piruvato que las células normales. Esto induce un aumento de la concentración de lactato (producido a partir del piruvato) en estas células», explica Daniel Vigneron. Tras la inyección de piruvato hiperpolarizado, la resonancia magnética permite cuantificar no sólo el piruvato utilizado por el órgano, sino también el lactato producido, y así diferenciar entre las células sanas y las cancerosas.

«A diferencia de la PET, la resonancia magnética permite cuantificar no sólo la molécula inyectada sino también todos los productos resultantes de su uso», subraya Daniel Vigneron. Esta es una gran ventaja del método porque proporciona información valiosa sobre el funcionamiento de las células y, por lo tanto, sobre las patologías». Los resultados del estudio dan fe de la fiabilidad de la técnica: confirmó la presencia de tumores en todos los pacientes que padecen cáncer de próstata y, sobre todo, permitió identificar como cancerosas zonas del órgano que antes se consideraban sanas.

Los investigadores americanos, que actualmente utilizan piruvato hiperpolarizado con radicales persistentes, expresaron un gran interés en el descubrimiento de la EPFL, que podría permitirles aumentar la eficacia de su método.

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