twitter Tweet

Innovación en la tecnología de MRI permite ver por primera vez la actividad energética de las células en órganos y tejidos

Una investigación de OHSU abre nuevas posibilidades de diagnóstico por imágenes del cerebro, para la detección del cáncer y el monitoreo de los tratamientos
Charles Springer y sus colegas junto a un potente escáner de resonancia magnética, o MRI, que escanea el cuerpo para estudiar la actividad del agua y los electrolitos en detalle dentro del organismo. De izquierda a derecha: Martin Pike, Ph.D., Eric Baker, M.S., Xin Li, Ph.D., Charles Springer, Ph.D., Brenden Moloney, M.S., Joshua Schlegel, B.S., Tom Barbara, Ph.D. y el Dr. Ramón Barajas. (OHSU/Christine Torres Hicks)
Charles Springer y sus colegas junto a un potente escáner de resonancia magnética, o MRI, que escanea el cuerpo para estudiar la actividad del agua y los electrolitos en detalle dentro del organismo. De izquierda a derecha: Martin Pike, Ph.D., Eric Baker, M.S., Xin Li, Ph.D., Charles Springer, Ph.D., Brenden Moloney, M.S., Joshua Schlegel, B.S., Tom Barbara, Ph.D. y el Dr. Ramón Barajas. (OHSU/Christine Torres Hicks)

Para poder sobrevivir, todas las células del organismo usan una enorme cantidad de energía para sostener el equilibrio correcto de agua y electrolitos esenciales. Un grupo de investigadores de Oregon Health & Science University ha creado una forma de usar las imágenes de resonancia magnética, o MRI, para analizar la actividad en detalle en el cerebro humano y otros órganos.

La innovación, llamada diagnóstico por imágenes de difusión de la actividad metabólica, o MADI, abre nuevas posibilidades para la detección de cánceres y para saber si un tumor responde a un tratamiento. En futuros ensayos clínicos con sujetos que padecen tumores cerebrales del tipo glioma, los investigadores compararán la tecnología MADI con las tomografías por emisión de positrones, o PET, que usa agentes radioactivos inyectados para crear imágenes de los niveles de producción de energía de las células.

Charles Springer, Ph.D. (OHSU)
Charles Springer, Ph.D. (OHSU)

“El MADI es una nueva forma de generar imágenes de la actividad metabólica dentro de los órganos y tejidos, con alta resolución espacial, y es un procedimiento completamente no invasivo”, dijo su inventor, Charles Springer, Ph.D., profesor en OHSU Advanced Imaging Research Center. “El principio de este método es que se podría aplicar a casi cualquier patología. Por el momento, estamos analizando su uso para el cáncer y las neurociencias”.

En un modelo animal con ratas, los investigadores de OHSU ya pudieron demostrar que el MADI permite detectar y monitorear tumores cerebrales con el mismo nivel de efectividad que la PET, pero sin necesidad de inyectar agentes de contraste ni trazadores de ningún tipo.

“Nos aporta más información sobre lo que sucede dentro de las células en relación con el transporte de iones, de agua, la producción de energía, así que creemos que será una herramienta muy útil para la detección y el tratamiento del cáncer y otras enfermedades”, dijo Martin Pike, Ph.D., profesor adjunto en OHSU Advanced Imaging Research Center, quien encabeza estudios de casos de glioma.

Además, el MADI permite obtener imágenes con una resolución más alta que las de las PET. “Puede resolver regiones de actividad metabólica dentro del tumor”, dijo Springer. “Ninguno de los métodos clínicos actuales que se usan para analizar la actividad metabólica tiene la resolución espacial necesaria para medir las variaciones en el metabolismo de tumores que no sean grandes”.

El Dr. Ramón Barajas, profesor adjunto de radiología diagnóstica en OHSU School of Medicine y colaborador en los estudios de glioma, señala que ayudar a descifrar cómo funcionan las diferentes partes de un tumor puede ser muy útil para llegar a un diagnóstico.

Descubrir mecanismos moleculares

En una MRI se usa un campo magnético muy potente para crear vistas sumamente detalladas de los órganos internos. Al aplicar el campo magnético, los núcleos de los átomos de hidrógeno de las moléculas de agua se alinean con el campo. El escáner de MRI luego genera pulsos de radiofrecuencia a una frecuencia resonante. A su vez, los núcleos de hidrógeno magnetizados responden con ondas de radiofrecuencia y crean señales que recoge el escáner de MRI para generar las imágenes.

El MADI optimiza una técnica llamada MRI ponderada por difusión, que sigue el movimiento de las moléculas de agua a través de los tejidos. La MRI ponderada por difusión se usa desde la década del noventa ampliamente en medicina, especialmente para imágenes del cerebro para detectar lesiones por accidente cerebrovascular y monitorear el tratamiento. La técnica permite obtener resultados rápidos e informativos sin necesidad de inyectar agentes de contraste. Además, está resultando útil para la detección y el estudio de tumores y otros procesos patológicos.

Pero los científicos no habían logrado comprender del todo los mecanismos moleculares que rigen la forma en la que las moléculas de agua se trasladan a través de los tejidos y causan los cambios que se convierten en señales visibles de accidente cerebrovascular y tumores con la MRI ponderada por difusión.

Springer y sus colegas empezaron a trabajar con base en la idea de que las membranas celulares desempeñan un papel fundamental porque controlan activamente el movimiento de las moléculas de agua que entran y salen de las células. Su investigación demostró que la probabilidad de que las moléculas de agua atraviesen las membranas celulares depende en gran medida de una enzima crítica llamada bomba sodio-potasio. Estas enzimas se extienden por las membranas celulares y bombean para expulsar sodio e ingresar potasio, en un proceso que también impulsa el transporte de las moléculas de agua.

“Nos dimos cuenta de que, al saber que el intercambio de agua tiene relación con la actividad de la bomba, podíamos generar imágenes de MRI que sigan la actividad de las bombas sodio-potasio”, dijo Springer.

Expertos independientes hablaron de una “atractiva hipótesis sobre mecanismos” en un editorial publicado junto con dos artículos de Springer y sus coautores donde se describe el MADI, en la revista NMR in Biomedicine.

Medir la energía celular por primera vez

Los investigadores usaron un modelo matemático y simulaciones en computadora para generar información acerca del movimiento de las moléculas de agua y calcular y seguir la actividad de la bomba sodio-potasio. Esa actividad es tan crucial para las células vivas, que sirve como medida del nivel de uso de energía en curso.

“Es como una bombilla, siempre encendida, que nos dice cuánta energía está produciendo la célula a partir de la descomposición de la glucosa y otros nutrientes del azúcar”, dijo Springer. Hasta ahora nunca había sido posible medir esta actividad en entes vivos.

El cáncer altera drásticamente el uso de energía de las células, y eso se puede ver claramente en los estudios con MADI de modelos con animales para estudiar tumores cerebrales del tipo glioma. “En los animales pudimos detectar cáncer, monitorearlo y monitorear su tratamiento tan bien como con la PET”, dijo Pike. “Esperamos poder demostrar que esto funciona igual de bien en seres humanos”.

Barajas, el neurorradiólogo, advirtió que queda mucho por investigar. “Es importante que validemos esto y nos aseguremos de que lo que hacemos es biológicamente correcto”.

Añadió que un método de escaneo más detallado y preciso beneficiaría en gran medida a pacientes con tumores cerebrales. “Si nos equivocamos y suspendemos un tratamiento que en realidad funciona, puede ocurrir que los enviemos a quirófano para una cirugía que podría no ser necesaria”, dijo. “Cuando nos equivocamos y el tumor está creciendo, pero decimos que no, impedimos que ese paciente acceda más rápido a otro tipo de tratamiento”.

Imágenes de diagnóstico más rápidas, menos costosas y más accesibles

El ensayo clínico planificado prevé la convocatoria de 12 adultos con tumores cerebrales del tipo glioma. Se escanearán sus cerebros con un escáner híbrido de PET/MRI en OHSU, el primero en el noroeste del Pacífico cuando fue instalado en el 2021. El escáner híbrido posibilitará comparar directamente el rendimiento de las PET en relación con la técnica de MADI en sujetos humanos.

Si la técnica de MADI resulta efectiva, podría ofrecer a los pacientes una serie de beneficios. El procedimiento no es invasivo y lleva menos tiempo que una PET: minutos en lugar de horas. Es probable que resulte menos costoso y pueda estar más ampliamente disponible que una PET.

Además, el estudio con MADI se puede hacer con los equipos de MRI convencionales.

“Las imágenes por PET son la norma de la atención, pero el acceso para los pacientes se limita en gran medida a zonas urbanas”, dijo Barajas. “Creo que la posibilidad de incorporar la técnica de MADI como otra secuencia estándar de MRI podría abrir mucho el acceso a estas imágenes de diagnóstico a muchos más pacientes que no viven alrededor de centros urbanos”.

 

Este trabajo contó con el apoyo del OHSU Brenden-Colson Center for Pancreatic Care, el Oregon Clinical and Translation Research Institute Biomedical Innovation Program financiado por el National Center for Advancing Translational Science (UL1TR02369) y el University Venture Development Fund (UVDF). Los coautores de University of Colorado y University of Washington recibieron apoyo financiero de Bracco Diagnostics, Inc.

Con el objeto de garantizar la integridad de la investigación de OHSU, y como parte de nuestro compromiso público hacia la transparencia, OHSU regula, hace el seguimiento y gestiona activamente las relaciones que nuestros investigadores podrían tener con entidades externas a OHSU. Charles Springer y siete coautores son inventores de una patente con solicitud provisional en los Estados Unidos (N.° U.S. 62/482, 520) en relación con MADI

Vea los detalles del programa sobre conflictos de interés de OHSU para obtener más información sobre cómo gestionamos estas relaciones comerciales.

Previous Story Los NIH otorgan subvención de $2.7M a OHSU para ampliar la disponibilidad de animales para investigación Next Story OHSU recomienda especialmente el uso de mascarillas en entornos de atención médica