Yo quiero ser Investigador en Imagen Biomédica - Ángel García de Lucas

Y yo quiero ser...Investigador en Imagen Biomédica

(Por Ángel García de Lucas)

Descarga capítulo pdf

Escucha y descarga en Audiocapítulo

Escucha música mientras lees, vete al final.

Cuando era niño recuerdo que me encantaban los documentales y los libros que te trasladaban a mundos donde solamente los grandes exploradores llegaban. Así, desarrollé cierta afición por la fotografía de la naturaleza. Más tarde, en mi periplo profesional, descubriría que esos mundos tan extraordinarios que fotografiar y documentar no están solo ahí fuera ¡Sino dentro de nosotros! Que más allá de la luz visible, hay otras ondas electromagnéticas con distintas propiedades que nos dejan ver el interior de los organismos. Estas herramientas no solo nos permiten describir cómo son las estructuras biológicas sino también entender cómo funcionan.

¿Qué es la imagen biomédica?

La imagen biomédica es la ciencia y rama de la medicina interesada en el desarrollo y uso de aparatos y técnicas para obtener imágenes de la anatomía interna y en proveer un análisis bioquímico y fisiológico de tejidos y órganos. En este campo colaboran profesionales de muchos ámbitos como, por ejemplo: físicos, ingenieros (telecomunicaciones, electrónicos, informáticos o bioingenieros), matemáticos, radiofarmacéuticos,  radioquímicos, médicos, etc.… ¿Cómo he llegado yo aquí? En mi caso, con formación en biología, estoy interesado en el desarrollo de sondas moleculares (moléculas muy afines a otras moléculas o procesos fisiológicos) que puedan ser monitorizadas por estas técnicas para entender cómo funciona la fisiología humana en condiciones de salud y enfermedad. Las técnicas de imagen biomédica se pueden clasificar en dos grandes grupos: las estructurales y las funcionales. Las técnicas del primer grupo nos dan información sobre la anatomía y la composición del organismo de estudio. Algunos de los ejemplos más conocidos son la radiografía, la tomografía axial computarizada (TAC o CT, en inglés), los ultrasonidos o la imagen por resonancia magnética (IRM o MRI, en inglés). Por otro lado, las técnicas funcionales y moleculares nos informan sobre los diferentes procesos metabólicos que están ocurriendo en nuestro sujeto de estudio, en este caso por su relevancia clínica, las más interesantes son la tomografía por emisión de fotón único (TCEFU o SPECT, en inglés) y la tomografía por emisión de positrones (TEP o PET, en inglés). Todas estas herramientas se utilizan actualmente en los hospitales para visualizar el interior de los pacientes y diagnosticar muchos tipos de enfermedades, desde una pierna rota hasta el cáncer o el Alzheimer. Además, las técnicas de imagen, estructurales y funcionales, se pueden unir en lo que se conoce como equipos multimodales e híbridos. Estos sistemas, como el PET/CT, nos dan imágenes con una información más útil y completa. Como una imagen vale más que mil palabras y este capítulo trata de imágenes, en la Fig. 1, podemos ver un ratón de laboratorio “fotografiado” mediante dos técnicas de imagen diferentes, estructural (CT) y funcional (PET), y ambas fusionadas ya que fueron tomadas del mismo animal en un equipo multimodal (PET/CT). En la imagen estructural tomada por CT vemos la radiodensidad de los diferentes tejidos, esto es, la capacidad que tienen de atenuar los rayos X. Los tejidos más opacos a los rayos X son los huesos, apareciendo en blanco, mientras los órganos como los pulmones, formados por aire, son transparentes, por ello aparecen en negro. En la imagen funcional de la PET vemos unas manchas que representan la captación de glucosa en los tejidos y órganos. Para poder ver su distribución, a este azúcar se le ha introducido el átomo radiactivo de un elemento químico (radioisótopo), en este caso flúor-18 (¹⁸F), por esto se le conoce como ¹⁸F-Fluorodesoxiglucosa (¹⁸F-FDG). Esta situación permite al escáner PET detectar las fuentes de emisión de radiactividad dentro del organismo. En la imagen vemos que el órgano que más ¹⁸F-FDG capta es el musculo del miocardio en el corazón (la forma de U en la imagen es debido a las aurículas y ventrículos), además hay otros tejidos en los que también vemos una captación considerable de ¹⁸F-FDG como son el cerebro, la grasa parda, las glándulas harderianas y los riñones. En los hospitales, la evaluación de la captación de ¹⁸F-FDG es utilizada frecuentemente en las áreas de oncología, neurología y cardiología.

Fig. 1. Corte sagital de la Imagen de un ratón de laboratorio tomada por un equipo multimodal PET/CT para animales pequeños. CT, imagen estructural basada en la atenuación de los rayos X en los tejidos. PET, imagen funcional basada en la captación de ¹⁸F-FDG. PET/CT, fusión de ambas técnicas dando una imagen donde podemos localizar con precisión los tejidos que han captado ¹⁸F-FDG.

Localizando el cáncer

Como investigador en imagen biomédica, utilizo la PET/CT para monitorizar moléculas afines a algunas características que solamente poseen los tumores. De esta manera, podemos intentar mejorar o complementar las actuales herramientas de diagnóstico en oncología. En concreto, la investigación en la que he colaborado junto con mis compañeros de la Unidad de Aplicaciones de Radioisótopos del Centro de Investigaciones Energéticas, Medio Ambientales y Tecnológicas (CIEMAT) en colaboración con otros científicos del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) y del Centro Nacional de Investigaciones Cardiológicas (CNIC) ha tratado del desarrollo de una sonda molecular para la detección de una proteína transmembrana (MT1-MMP) que se sobreexpresa en las células de algunos tipos de cáncer como el glioblastoma, el más mortal de los tumores cerebrales en adultos. Para su desarrollo hemos utilizado un anticuerpo, específico para MT1-MMP, y lo hemos marcado con un radioisótopo del zirconio (zirconio-89) para detectarlo por PET. Este enfoque en el que se utilizan anticuerpos (también llamados inmunoglobulinas) y la técnica de imagen PET se conoce como inmunoPET. En la Fig.  2, podemos ver la ubicación de un tumor, formado por una línea celular de glioblastoma humana, en un roedor gracias al anticuerpo específico para MT1-MMP que hemos desarrollado. Además del tumor, el órgano que más capta nuestro anticuerpo es el hígado del ratón ya que es la vía por la que estas macromoléculas se metabolizan.

Fig. 2. Corte axial (izquierda) y sagital (derecha) de una imagen PET/CT de un ratón portador de un tumor cerebral (flecha) detectado por un anticuerpo marcado con un radioisótopo que se une a una proteína que es sobre expresada por este tipo de cáncer. El hígado es la principal vía de metabolización de los anticuerpos radiomarcados (rojo).

Un poco más de imagen

Por último, no quiero despedir el capítulo sin poner otros ejemplos de imagen biomédica para que tengas una mayor perspectiva de estas herramientas que nos ayudan a “fotografiar los paisajes internos del organismo”.  Por ello, he buscado tres aplicaciones diferentes en revistas científicas.

-Además del diagnóstico, la ¹⁸F-FDG se puede utilizar en la monitorización de los tratamientos oncológicos como la inmunoterapia (Fig. 3). Como podemos ver en la imagen, los focos de captación de la glucosa son los tumores (efecto Warburg) que tras la inmunoterapia han reducido su tamaño considerablemente.

Fig. 3. Captación de ¹⁸F-FDG antes(a) y después(b) de un tratamiento por inmunoterapia en un paciente de cáncer de pulmón de células no pequeñas con metástasis. Extraído de Mitsunori Higuchi et al. (2016).

-El uso de las técnicas de imagen y la moderna impresión 3D puede ofrecernos la posibilidad de realizar útiles modelos anatómicos para la enseñanza o el entrenamiento de personal médico ¡Imprime tus propias costillas, hígado y pulmones! (Fig. 4).

Fig. 4. Pasos para transformar los datos de imagen de un CT en un modelo anatómico imprimible por una impresora 3D. Extraído de Bücking TM et al. (2017).

-Las técnicas de imagen aplicadas al sistema nervioso central, neuroimagen, nos pueden ayudar en el diagnóstico y evaluación de la progresión de enfermedades como el Parkinson (Fig. 5).

Fig. 5. Imágenes PET con ¹⁸F-FDG y MRI en un paciente con la enfermedad de Parkinson y deterioro cognitivo. En esta imagen se puede observar un déficit del metabolismo de la glucosa y una reducción del volumen en el hemisferio cerebral izquierdo. Las imágenes A1-4 representan la reconstrucción 3D de la captación de ¹⁸F-DG en el cerebro. Las imágenes B, C y D son diferentes modos de imagen PET/MRI fusionadas. Extraído de TaiseVitor et al (2017).

Conclusión

La imagen biomédica es una herramienta muy potente para “fotografiar” el interior de los seres vivos y ayudar a los médicos a entender mejor las enfermedades. Es un campo en el que se puede aportar desde muchas profesiones y que está en constante crecimiento.

¡Ayúdanos a descubrir los intrincados misterios del cuerpo humano!

Referencias:

[1] de Lucas AG, Schuhmacher AJ, Oteo M, Romero E, Cámara JA, de Martino A, et al. Targeting MT1-MMP as an ImmunoPET-Based Strategy for Imaging Gliomas. PLOS ONE (2016).

[2] Mitsunori Higuchi, Yuki Owada, Takuya Inoue, Yuzuru Watanabe, Takumi Yamaura, Mitsuro Fukuhara, et al.FDG-PET in the evaluation of response to nivolumab in recurrent non-small-cell lung cancer. World J SurgOncol. 2016; 14(1): 238.

[3] Bücking TM, Hill ER, Robertson JL, Maneas E, Plumb AA, Nikitichev DI. From medical imaging data to 3D printed anatomical models. PLOS ONE (2017).

[4] TaiseVitor et al (2017).TaiseVitor, KarineMinaifMartins, Tudor MihaiIonescu, Marcelo Livorsi da Cunha, Ronaldo HuebBaroni, Marcio Ricardo Taveira Garcia, et al. PET/MRI: a novel hybrid imaging technique. Major clinical indications and preliminary experience in Brazil. Einstein (Sao Paulo). 2017 Jan-Mar; 15(1): 115–118.

Descarga capítulo pdf

Ángel García de Lucas

Doctor en Biociencias Moleculares

Investigador de la Unidad de Aplicaciones de Radioisótopos, CIEMAT