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Técnica de Imágenes Superfrías Identifica Tumores Agresivos

Tuesday, December 22, 2009

Cada año cerca de 200,000 hombres son diagnosticados con cáncer de próstata. A pesar de que la prueba de sangre de antígeno prostático específico (PSA, por sus siglas en inglés) ha mejorado la detección, fracasa en indicar si el cáncer es agresivo o de lento crecimiento. El enfoque actual de “vigilancia activa” significa que muchos pacientes pasan años sometiéndose a repetidas pruebas de sangre y biopsias invasivas para monitorear el crecimiento del cáncer. Cualquier cambio en los resultados del PSA o las muestras de biopsia pueden señalar la necesidad de alterar el tratamiento.

Aunque la resonancia magnética convencional (izquierda) muestra el detalle anatómico de la magnitud del tumor, las imágenes de carbono-13 muestran la absorción del piruvato hiperpolarizado inyectado (centro) y su conversión metabólica a lactato (derecha). La información fue adquirida en 14 segundos y muestra una alta absorción de piruvato hiperpolarizado por la mayor parte del tumor. La imagen de lactato muestra una alta actividad metabólica en la parte trasera del tumor, lo cual indica un cáncer biológicamente agresivo.

Although the conventional MRI (left) shows anatomic detail as to the extent of the tumor, the carbon-13 images show the uptake of the injected hyperpolarized pyruvate (middle) and its metabolic conversion to lactate (right). The data were acquired in 14 seconds and show high uptake of hyperpolarized pyruvate throughout much of the tumor. The lactate image shows high metabolic activity in the back of the tumor, which indicates biologically aggressive cancer.

“Existen muchas preguntas acerca del cáncer de próstata como, ‘¿Das tratamiento o no?’” dice John Kurhanewicz, director del Grupo de Imágenes de Próstata y Laboratorio Biomédico de Resonancia Magnética Nuclear, Departamento de Radiología e Imágenes Biomédicas, en la Universidad de California en San Francisco (UCSF), quien ha estudiado a un conjunto de hombres bajo vigilancia activa durante la última década. “Las técnicas [de imágenes] actuales se quedan cortas”.

Insatisfecho con la falta de precisión diagnóstica en el cáncer de próstata, Kurhanewicz y su colega Daniel Vigneron, director asociado del laboratorio Surbeck de imágenes en UCSF, en colaboración con GE Healthcare, han aplicado un nuevo método que puede evaluar la agresividad de un tumor de manera rápida y no invasiva. Esta técnica, resonancia magnética de carbono-13 hiperpolarizado, mide la actividad metabólica (las reacciones químicas que sostienen al tumor) dentro de un tumor y se enfoca en productos químicos específicos producidos por tumores agresivos.

 

Identificando Tumores de Próstata Agresivos

Se sabe que los tumores agresivos producen altos niveles de lactato. En un estudio de prueba de concepto en ratones con tumores de próstata, los investigadores de UCSF observaron la absorción de piruvato hiperpolarizado (un compuesto que se convierte en lactato) y la producción subsecuente de lactato por el tumor. Los resultados mostraron que los tumores menos agresivos contenían niveles más bajos de lactato y que los tumores más agresivos tenían niveles más altos de lactato.

Los investigadores planean comenzar un ensayo clínico de pacientes durante la primera mitad del 2010. El ensayo examinará la seguridad de la dosis del agente de imágenes y qué tan bien puede la resonancia magnética de carbono-13 caracterizar los tumores de próstata humanos. “Este ensayo es crítico ya que toma pruebas metabólicas que son inherentemente insensitivas y las hace altamente sensitivas”, explica Kurhanewicz. “Nos dará una herramienta que da una evaluación más directa de la enfermedad en la clínica”. No sólo serán más certeros el diagnóstico y el tratamiento, sino que probablemente sea más corto el tiempo que toma realizar un examen de estadificación de próstata. Kurhanewicz sugiere que la técnica de imágenes podrá reducir a 30 minutos el examen de estadificación de tumor de próstata que actualmente toma una hora, reducir el costo del examen, y ser menos estresante para el paciente.

 

Tomando Imágenes de la Actividad Metabólica

Para sus estudios, el equipo de UCSF toma imágenes de la generación de lactato con piruvato y otro producto secundario, alanina. En un mundo perfecto, los investigadores desearían inyectar piruvato, mover un switch, y observar las reacciones químicas cuando están sucediendo. Pero la realidad hace que la toma de imágenes sea mucho más desafiante.

La resonancia magnética de compuestos aparte del agua se ve limitada por la baja calidad de la señal y la falta de sensitividad. Para superar este obstáculo, el equipo hiperpolariza el piruvato en un instrumento polarizador por separado y localizado en un cuarto estéril junto al escáner principal de resonancia magnética. Primero, se coloca el piruvato enriquecido con carbono-13 en una solución que permanece semicongelada a temperaturas superfrías. Luego, se enfría la solución a -272ºC. Un fuerte campo magnético y microondas aplicadas a la solución hacen que los átomos se alineen en una formación ordenada. El proceso de polarización con superenfriamiento genera una señal de resonancia magnética 50,000 veces mejor que las señales de resonancia magnética convencionales.

Después de la hiperpolarización, se calienta la solución a temperatura ambiente y se lleva rápidamente al escáner principal de resonancia magnética y se inyecta en el sujeto. En los estudios de próstata, se inyectó el piruvato enriquecido con carbono-13 en un catéter en la vena yugular de cada ratón. A pesar de que los efectos de polarización empiezan a decrecer con el tiempo, queda suficiente polarización para ofrecer una fuerte señal durante los estudios de toma de imágenes.

El único inconveniente del enfoque de superenfriamiento: la señal sólo dura un minuto a partir de la inyección. “No podemos estudiar el metabolismo a largo plazo”, dice Vigneron. “Nos obliga a enfocarnos en los procesos rápidos”. La rápida pérdida de la señal significa también que los tiempos de toma de imágenes son más cortos que los tiempos de imágenes por resonancia magnética convencionales.

Para detectar las señales de los átomos de carbono altamente alineados, los investigadores desarrollaron nuevas bobinas de resonancia magnética para el sistema de toma de imágenes. Vigneron denota que los sistemas clínicos actuales podrían ser modernizados o fácilmente adaptados para utilizar el sistema de imágenes de carbono-13.

 

Avanzando más allá del Cáncer

A pesar de que los compuestos hiperpolarizados jugarán un papel importante en las imágenes de la actividad metabólica asociada con el cáncer, probablemente hagan también un diagnóstico más preciso de otras enfermedades. Estos compuestos son atractivos porque no alteran la función cardiaca y las dosis necesarias para la toma de imágenes son similares a los agentes de contraste actuales para resonancia magnética y más bajas que las dosis de contraste para tomografía computada. “Si podemos preparar el camino con un agente hiperpolarizado en el hombre, entonces vendrán más a seguir”, dice Kurhanewicz.

El grupo de UCSF está investigando varios compuestos diferentes, incluyendo la fructosa para estudiar el metabolismo del azúcar, el bicarbonato para examinar los niveles anormales de pH que a menudo se asocian con el cáncer y la inflamación, y la alanina para evaluar la función hepática. Kurhanewicz anhela un sistema singular que pueda co-polarizar múltiples pruebas y, cuando acoplado con resonancia magnética, provea una imagen para la trayectoria de cada prueba. Ya que cada prueba emite una señal a una frecuencia diferente, se podría crear una imagen compuesta para monitorear las múltiples reacciones.

En la investigación preclínica, los agentes hiperpolarizados podrían aumentar la comprensión de cómo interactúan los medicamentos con redes específicas de moléculas para alterar la función celular. “La resonancia magnética sola no es buena para detectar trayectorias específicas”, dice Kurhanewicz. Debido a que los agentes hiperpolarizados incrementan de gran manera la sensitividad de la espectroscopía por resonancia magnética, “nos podrían permitir rastrear los agentes identificados para ver si están siguiendo las trayectorias que deberían”.

“El futuro de la medicina está en los patrones moleculares de la enfermedad”, dice Rahim Rizi, profesor asociado de radiología en la Universidad de Pensilvania e investigador líder en resonancia magnética hiperpolarizada. “El sistema de imágenes con carbono-13 llevará a la trayectoria correcta. Por ahora, es el mejor juego en casa”.

Este trabajo está apoyado en parte por el Instituto Nacional de Bioingeniería e Imágenes Biomédicas.

 

Referencias

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Chen AP, Albers MJ, Cunningham CH, Kohler SJ, Yen YF, Hurd RE, Tropp J, Bok R, Pauly JM, Nelson SJ, Kurhanewicz J, Vigneron DB. Hyperpolarized C-13 spectroscopic imaging of the TRAMP Mouse at 3T-initial experience. Magn Reson Med. 2007 Dec;58(6):1099-106.

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