Creating Biomedical Technologies to Improve Health

Nuevos agentes de contraste rastrean el rechazo de órganos

Monday, September 25, 2006

Dr. Chien Ho

Los transplantes de órganos proporcionan a los pacientes una nueva vida. Sin embargo, prevenir el rechazo del órgano por el sistema inmune puede ser un desafío. Los médicos deben encontrar un equilibrio entre suprimir el sistema inmune para que no rechace el órgano y mantener suficiente actividad para evitar infecciones. Visualizar cómo el cuerpo acepta el nuevo órgano es clave para este proceso.

La prueba estándar (también llamada patrón oro) para monitorizar el rechazo de órganos es la biopsia de tejido, un proceso invasivo en el que el médico toma una pequeña muestra del órgano transplantado para estudiarla. Obtener biopsias tiene dos inconvenientes: las molestias para el paciente, ya que el médico ha de repetir el proceso varias veces, y la escasa selectividad ya que se toman biopsias de un número limitado de sitios y no se puede ver el rechazo si se inicia en otro lugar del órgano.

Tras las células inmunitarias

Para superar estas limitaciones, investigadores de la Universidad de Carnegie Mellon han desarrollado un nuevo método para observar el rechazo de órganos usando resonancia magnética (MRI por sus siglas en inglés). Inyectan en la sangre partículas de óxido de hierro que miden nanómetros o micrómetros y que están cubiertas con un polímero; luego, los macrófagos – células inmunitarias que barren el cuerpo buscando sustancias foráneas – ingieren las partículas y las llevan a los puntos de rechazo en el órgano transplantado. Como las partículas de hierro son magnéticas, los investigadores pueden usar MRI para seguir las huellas de los macrófagos.

"Esta técnica puede servir para optimizar la administración de drogas inmunosupresivas", dice el Dr. Chien Ho, Profesor de Ciencias Biológicas en la Universidad de Carnegie Mellon. "Si podemos detectar un rechazo agudo en un estadío temprano, podremos prevenir el daño irreversible al tejido y el comienzo del rechazo crónico, que destruye el órgano transplantado".

Mayor es mejor

En un experimento reciente, el grupo de investigación del Dr. Ho transplantó un corazón vivo de una rata al abdomen de otra rata. Los investigadores inyectaron las partículas de óxido de hierro en la rata receptora y la escanearon con MRI a intervalos regulares por varios días, mientras el cuerpo de la rata rechazaba el corazón transplantado.

Previamente, los investigadores habían estudiado partículas que medían nanómetros, pero en este experimento también estudiaron los efectos de partículas más grandes que medían micrómetros. Y encontraron que las partículas grandes de hierro les permitían visualizar con MRI macrófagos individuales.

Los investigadores también observaron por primera vez que el proceso de rechazo comienza en el pericardio, la membrana que rodea el corazón, y luego se extiende hacia el endocardio, la capa interna del corazón.

El Dr. Ho indica que la investigación tiene otras implicaciones para seguir la pista a células individuales. "Seguir la migración celular no sólo es muy importante en biología celular y del desarrollo, sino también en medicina clínica. Este método podría ser útil para estudiar células madre en desarrollo, migración de células cancerosas, procesos inflamatorios y expresión genética".

Potencial para uso clínico

Para detectar rechazo en transplantes de corazón lo primero que se realiza es un ecocardiograma; si se sospecha un rechazo, se obtiene después una biopsia de tejido. Sin embargo, el ecocardiograma no es específico. "Todo lo que puedes ver con ecocardiograma es que el injerto no está funcionando bien y ese es un dato débil", dice el Dr. Pedro del Nido, Jefe del Departamento de Cirugía Cardiaca en Childrens Hospital en Boston. "Otros factores podrían explicar la disfunción".

Los nuevos agentes de contraste de óxido de hierro podrían resolver este problema al permitir a los médicos visualizar el rechazo real. "En resumen", dice el Dr. del Nido, "ésta sería una técnica no invasiva. Como herramienta clínica, tiene un potencial tremendo".

Los nuevos agentes de contraste también permitirían a los investigadores seguir la biología del transplante en el tiempo. "Ahora", dice el Dr. del Nido, "las biopsias sólo son ‘controles del momento’. El problema de muestreo es enorme. Por ejemplo, nunca hemos podido mirar focos de rechazo y ver como evoluciona el rechazo".

Desafíos a superar

Aunque los agentes de contraste para MRI basados en hierro tienen un gran potencial, el Dr. del Nido advierte de que se podría acumular hierro en pacientes a los que se les hicieran múltiples estudios de MRI con ellos. "El hierro pasará a formar parte de la reserva de hierro del cuerpo, como cuando se toma una pastilla de hierro", dice el Dr. del Nido. "En adultos no es un gran problema, pero la cuestión es ¿qué pasará en niños"?

Monitorizar el rechazo en otros órganos, como riñones, hígados y pulmones, también puede ser posible. Pero visualizar agentes de contraste en hígado y pulmón puede ser difícil. El hierro del hígado, el mayor almacén de hierro del cuerpo, puede diluir la señal del agente de contraste. Para usar los agentes en pulmones transplantados, los investigadores han de superar los artefactos de imagen creados por los numerosos sacos de aire del pulmón.

A pesar de las barreras técnicas con que se encuentran los investigadores, "está claro que el tipo de experimento con MRI que el grupo del Dr. Ho inició en ratones será factible en la clínica", dice el Dr. Alan Koretsky, Jefe del Laboratorio de Imágenes Funcionales y Moleculares, Instituto Nacional de Desórdenes Neurológicos e Infarto (NINDS), y Director de las Instalaciones de Resonancia Magnética Nuclear y de Proyección de Imágenes de Ratón de NIH (NIH Nuclear Magnetic Resonance Research Facility/Mouse Imaging Facility).

Koretsky indica que una partícula de hierro se está comercializando en Europa para medir acumulación de macrófagos en placas arterioescleróticas, la acumulación lipoide que aparece en vasos sanguíneos. "Será emocionante probar si esta nueva capacidad de MRI para detectar acumulación de macrófagos se puede traducir en información clínica útil. Sospecho que será una adición importante al amplio rango de parámetros que se miden con MRI".

Esta investigación está subvencionada por el Instituto Nacional de Imagénes Biomédicas y Bioingeniería (National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, NIBIB).

Referencia

Wu YL, Ye Q, Foley LM, Hitchens TK, Sato K, Williams JB, Ho C. In situ labeling of immune cells with iron oxide particles: An approach to detect organ rejection by cellular MRI, Proceedings of the National Academy of Sciences 103: 1852-1857, 2006.

Estos corazones transplantados de rata muestran rechazo muy temprano (A), rechazo moderado (B) y no rechazo (C). Cada punto oscuro corresponde a un macrófago marcado con micropartículas de óxido de hierro paramagnético (MPIO). La imagen se tomó con microscopía de resonancia magnética. LV= ventrículo izquierdo; RV= ventrículo derecho. Courtesia de Dr. Chien Ho

Estos corazones transplantados de rata muestran rechazo muy temprano (A), rechazo moderado (B) y no rechazo (C). Cada punto oscuro corresponde a un macrófago marcado con micropartículas de óxido de hierro paramagnético (MPIO). La imagen se tomó con microscopía de resonancia magnética. LV= ventrículo izquierdo; RV= ventrículo derecho. Courtesia de Dr. Chien Ho