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La Forma Lisa u Ondulada de los Vasos Sanguíneos Revela Enfermedad

Monday, August 31, 2009

Ejemplo de la “tortuosidad” anormal de los vasos (ondulaciones anormales en los vasos) vista en la presencia del cáncer (izquierda) y el alisamiento de los mismos vasos después de un tratamiento exitoso (derecha). Las imágenes de los vasos fueron extraídas de escaneos por ARM realizados con espacio de casi 6 semanas. Note que los vasos a la izquierda muestran muchos dobleces pequeños en cada doblez grande. Los pacientes exhibidos estuvieron bien clínicamente durante casi un año.

Ejemplo de la “tortuosidad” anormal de los vasos (ondulaciones anormales en los vasos) vista en la presencia del cáncer (izquierda) y el alisamiento de los mismos vasos después de un tratamiento exitoso (derecha). Las imágenes de los vasos fueron extraídas de escaneos por ARM realizados con espacio de casi 6 semanas. Note que los vasos a la izquierda muestran muchos dobleces pequeños en cada doblez grande. Los pacientes exhibidos estuvieron bien clínicamente durante casi un año.

El cuerpo humano contiene asombrosamente 60,000 millas de vasos sanguíneos, y todos esos tubos contienen detalles muy útiles acerca de cómo está funcionando el cuerpo. Para ciertos estados de enfermedad, tales como tumores cerebrales, el tamaño, la forma, y el número de vasos pueden revelar información crítica acerca del progreso o regresión de un tumor.

No es fácil describir el sistema de distribución de sangre en el cuerpo. La angiografía, la técnica más común para imágenes de vasos, sólo provee fotografías (angiogramas) de los vasos. Es difícil obtener información cuantitativa de los angiogramas (que se obtienen inyectando un tinte y tomando imágenes con rayos X, tomografía computarizada, o resonancia magnética). Sin embargo, combinando angiografía por resonancia magnética (ARM) con un conjunto de algoritmos poderosos (ecuaciones matemáticas), un equipo de investigación dirigido por Elizabeth Bullitt ha tenido éxito con un método que define los vasos sanguíneos mediante la descripción de su número y forma. El enfoque podría llevar a un método no invasivo para determinar si un tumor es maligno y para observar cómo responde un tumor al tratamiento. Podría también darnos pistas de cómo envejece el cerebro.

"Los vasos sanguíneos pueden ofrecer una cantidad asombrosa de información”, dice Bullitt, la Profesora Distinguida Van L. Weatherspoon de neurocirugía y jefa del Laboratorio de Imágenes y Cirugía Asistida por Computadora en la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill. Bullitt ha trabajado por más de una década en extraer información significativa de las imágenes, a menudo sorprendentes, de los vasos sanguíneos. Ella ha demostrado un interés particular en cómo afecta el cáncer a las redes de vasos sanguíneos debido a que el cáncer puede ocasionar que los vasos sanguíneos sufran cambios tremendos. A pesar de que muchos grupos han estudiado cómo definir los vasos desde imágenes tridimensionales, el enfoque de Bullitt ofrece flexibilidad cuando evalúa la red cerebral de los vasos sanguíneos. Puede proporcionar detalles cuantitativos para los vasos sanguíneos de todo el cerebro, de una región específica grande o pequeña, o de un conjunto de vasos conectados.

 

Enfocándose en los Patrones de Ondulación

Los cortes de IRM realzados por T1-Gd muestran una respuesta progresiva de un glioblastoma recurrente (flechas) a una terapia anti-VEGF. Izquierda: línea de base. Centro: 6 semanas de tratamiento. Derecha: 12 semanas de tratamiento. A pesar de una mejoría radiográfica, el paciente murió de enfermedad progresiva unos días después de su último escaneo. Esta secuencia de imágenes demuestra que el método tradicional de usar imágenes T1-Gd para monitorear la respuesta del tumor al tratamiento no se puede usar confiablemente para monitorear terapia anti-VEGF. Cuando se utilizaron medidas cuantitativas de la forma de los vasos para monitorear la respuesta al tratamiento, el paciente mostró severas anormalidades de tortuosidad en la línea de base que no mejoraron a las 6 o 12 semanas.

The T1-Gd enhanced MRI slices show a progressive response of a recurrent glioblastoma (arrows) to anti-VEGF therapy. Left: baseline. Center: 6 weeks of treatment. Right: 12 weeks of treatment. Despite radiographic improvement, the patient died of progressive disease a few days following the last scan. This image sequence illustrates that the traditional method of using T1-Gd images to monitor tumor response to treatment cannot be used reliably to monitor anti-VEGF therapy. When quantitative measures of vessel shape were used to monitor treatment response, the patient illustrated severe tortuosity abnormalities at baseline that did not improve at 6 or 12 weeks.

Bullitt analiza imágenes tridimensionales de ultra alta definición con un software, diseñado especialmente para hacer un modelo computacional de los vasos, que es tan específico que puede contar el número de vasos en un sitio dado, mapear cómo se conectan los vasos en su estructura ramificada, y enfocarse en la tortuosidad – ondulación – de cada vaso, una característica prominente en los estados de enfermedad.

La tortuosidad, u ondulación, se refiere al patrón de la forma del vaso y no al movimiento del vaso. “Es como ver a una serpiente en formaldehído. La serpiente está muerta pero aún mantiene su patrón de ‘S’”, explica ella. Los vasos sanguíneos lisos que asemejan espagueti cocido están asociados con tejido sano. Los vasos que están dentro y alrededor de tejido afectado por enfermedad son un caso diferente. Estos vasos muestran diferentes patrones de ondulación. Por ejemplo, los vasos asociados con el cáncer poseen un alto grado de ondulación. “En el cáncer, los vasos son dentados y bastante irregulares. El cáncer trabaja haciéndole algo a la pared de los vasos”, comenta Bullitt.

 

Rastreando Vasos Ondulados

En varios estudios diferentes, Bullitt ha evaluado la habilidad de su técnica ARM asistida por computadora para determinar la malignidad del tumor y rastrear el efecto de una terapia de medicamentos en el crecimiento del tumor. “Hemos sabido por mucho tiempo que los tumores tienen vasos ondulados”, dice Keith Smith, un profesor asociado de radiología en la Escuela de Medicina de la Universidad de Carolina del Norte y también colaborador de Bullitt. La técnica ARM realzada por algoritmos es “una manera de ponerle números a esas ondulaciones”.

En un estudio de 30 casos difíciles de diagnosticar, la técnica de Bullitt identificó correctamente si el tumor era maligno en 29 de los casos. “Estos casos, que estaban todos programados para resección gruesa de tumor, fueron todos escaneados antes de la cirugía e incluían algunos casos realmente difíciles donde no se podía determinar la presencia de una malignidad mediante el uso de imágenes convencionales”, comenta Bullitt. Dos de los tumores medían tan sólo 0.3 cm3, como el tamaño de un grano de café.

La técnica de Bullitt podría también darle a los clínicos una manera más cuantitativa de decidir si un tumor está respondiendo al tratamiento. En un estudio recientemente terminado con el Dr. David Reardon, subdirector asociado del Centro de Tumores Cerebrales Preston Robert Tisch en el Centro Médico de la Universidad Duke, Bullitt utilizó su técnica para evaluar la evolución de los tumores en pacientes con glioblastoma recurrente, un tumor cerebral altamente agresivo. A los pacientes se les trató inicialmente con el medicamento Avastin, el cual ataca al agente que estimula el crecimiento de los vasos sanguíneos del tumor. Estudios convencionales de imágenes con contraste mostraron que el tumor de cada paciente se estaba encogiendo porque se veía muy poca luminosidad en el área del tumor. Cuando Bullitt analizó las imágenes con su técnica ARM, encontró que sólo una mitad de los tumores estaban realmente respondiendo al tratamiento. Encontró que en los otros pacientes los patrones dentados de los vasos se hacían más profundos, señalando una falta de respuesta.

En otro estudio multicentro, Bullitt y sus colegas descubrieron que la ondulación de los vasos puede predecir el éxito o fracaso del tratamiento cerca de 1 a 2 meses antes que los métodos tradicionales de imágenes. El estudio involucraba 22 mujeres bajo tratamiento de tumores cerebrales como resultado de cáncer de seno.

"Un reto en el tratamiento de tumores cerebrales es que no tienes mucho tiempo”, comenta Smith. “No está bien tener que esperar seis meses para ver si el tratamiento está funcionando. Necesitas determinar si un tratamiento está funcionando y si no lo está, cambiarte a otra cosa lo más pronto posible. La capacidad de analizar un tumor con tan sólo tocar un botón sería de gran ayuda”.

 

La Ondulación de Vasos Sanguíneos Incrementa con la Edad

La investigación de Bullitt podría también darnos una idea de cómo envejece el cerebro. Su grupo creó una base de datos (disponible en el sitio http://hdl.handle.net/1926/594) que contiene las ARMs de 100 voluntarios sanos. Dividida en 5 grupos por edades con 20 pacientes por cada década y una distribución igual entre mujeres y hombres, la información revela que los cerebros más viejos tienen vasos más ondulados que los cerebros más jóvenes. Los investigadores descubrieron también que, en los cerebros más viejos, los vasos más pequeños tienden a dejar de funcionar a lo largo del tiempo. Además, los patrones ondulados más pronunciados se asocian frecuentemente con condiciones tales como la hipertensión arterial y la diabetes.

La técnica de Bullitt ofrece a los radiólogos otra herramienta para evaluar el tejido sano y el afectado por enfermedad. Ya sea un cerebro envejecido, un tumor canceroso, o una condición cerebral como la de Alzheimer, la técnica ofrece una manera no invasiva de reunir información significativa de estados sanos y de enfermedad. Debido a que los cambios en las redes de los vasos sanguíneos pueden afectar directamente o ser causados por la evolución de la enfermedad, la medición precisa de dichos cambios podría hacer una diferencia en los resultados del paciente.

Este trabajo está apoyado en parte por la beca 5R01EB000219-11 del Instituto Nacional de Bioingeniería e Imágenes Biomédicas.

 

Referencias

Bullitt E, Rahman FN, Smith JK, Kim D, Zeng D, Katz LM, Marks BL. The effect of exercise on the cerebral vasculature of healthy aged subjects as visualized by MR angiography. Am J Neuroradiol. 2009 July 9. [Epub ahead of print]

Bullitt E, Zeng D, Ghosh A, Aylward SR, Lin W, Marks BL, Smith K. The effects of healthy aging on intracerebral blood vessels visualized by magnetic resonance angiography. Neurobiol Aging 2008 May 7. [Epub ahead of print]

Bullitt E, Lin NU, Smith JK, Zeng D, Winer EP, Carey LA, Lin W, Ewend MG. Blood vessel morphologic changes depicted with MR angiography during treatment of brain metastases: A feasibility study. Radiology. 2007 Dec;245(3):824–30.

Bullitt E, Reardon DA, Smith JS. A review of micro- and macrovascular analyses in the assessment of tumor-associated vasculature as visualized by MR. Neuroimage. 2007;37 Supp 1:S116–9.

Bullitt E, Zeng D, Gerig G, Aylward S, Joshi S, Smith JK, Lin W, Ewend MG. Vessel tortuosity and brain tumor malignancy: a blinded study. Acad Radiol. 2005 Oct;12(10):1232–40.