Importantes avances en el área de las ciencias básicas de la década pasada en paralelo con el constante incremento de la capacidad resolutiva de los nuevos aparatos de diagnóstico por imágenes de las últimas dos décadas y el desarrollo de nuevos métodos de detección experimentales han ayudado al desarrollo de la investigación básica en el área de la radiología.
    Los estudios diagnósticos por imágenes más tradicionales como la ultrasonografía, tomografía computada y resonancia magnética se basan fundamentalmente en la propiedades físicas y fisiológicas como fuente principal de contraste para la detección y caracterización de las enfermedades.
    La imagenología molecular  está basada sobre estas y otras técnicas imagenológicas como la medicina nuclear y la tomografía óptica con la ayuda del desarrollo de marcadores específicos como fuente de contraste lo que podría proveer de información tridimensional in vivo menos invasiva y engorrosa como el clásico ex vivo análisis histológico de tejidos. En esta primera entrega tocaremos los temas de la utilidad de los estudios diagnósticos en la terapia genética, en la terapia antiangiogénica, 000un nuevo método de detección de tumores y la ablación selectiva de tumores.

Terapia Genética
    Existen actualmente unos 250 estudios clínicos de terapia genética en los  EEUU.  Algunos estudios han descripto el uso de la distribución estereotáctica  de vectores virales y los cambios anatómicos que siguen a la modificación del material genético (1, 2). Otros han también pregonado el uso de carriers artificales para la distribución del material genético (3). Las técnicas radiológicas pueden asistir en la detección de la localización del material genético a nivel del órgano objetivo, y la determinación  de los cambios producidos in vivo a nivel celular.
    La radiología diagnóstica directa del envío de material genético a nivel celular se halla todavía en una etapa experimental, pero actualmente ha sido ya publicado por nuestro laboratorio, el Center for Molecular Imaging Research del Hospital General de Massachusetts un método para el marcado de vectores virales tales como el uso del virus del herpes simple en nuestro caso (4) y adenovirus en otros laboratorios (1, 2). La figura 1 (reproducida de la revista Radiology) es la primera imagen gammagráfica obtenida in vivo de virus del herpes simple genéticamente modificado para expresar ß-galactosidasa y marcado con Indio 111 en un modelo experimental de rata. Estas técnicas de marcado están actualmente siendo usadas como ayuda en la evaluación del envío de material genético por medio de la terapia genética a organos específicos o tumores.

Figura 1: Tomografía óptica

    Imaginemos introducir un compuesto a la corriente sanguínea  que tenga la capacidad de dirigirse específicamente a un determinado tumor. Imaginemos también que esta mágica molécula pueda no sólo destruir al tumor sino también volver a visitar el lugar e informarnos de cuán eficaz ha sido su accionar. Esto que hace unos años atrás hubiera parecido haber salido de una película de ciencia ficción está actualmente siendo estudiado en algunos laboratorios de los EEUU.
    En recientes estudios  llevados a cabo en nuestro laboratorio (5, 6, 7), estos compuestos denominados fluorocromos, estructuras de forma estrellada que fluorescen cuando se contactan con enzimas que se hallan exclusivamente en células tumorales, pueden ayudar a detectar pequeñas áreas de tumor (menores al milímetro cúbico) desarrolladas en ratones de laboratorio (ver Figura 2).
    En el pasado el laboratorio ha trabajado con el perfeccionamiento de la estructura molecular central  (blood polymer) que una vez introducida en la corriente sanguínea, se localiza en el área de angiogénesis de los tumores en crecimiento. Esta estructura consiste básicamente en una cadena de lisinas (un aminoácido) que literalmente consitituye el esqueleto. Sobre esta cadena se hallan de 10 a 20 péptidos implantados en forma de tallos sobre cuyos extremos se hallan los fluorocromos. Para su protección dentro de la corriente sanguínea el probe está revestido por una capa de polietilelenglicol (MPEG).  Normalmente el colorante fluoresce en contacto con la luz, pero debido que estan fuertemente comprimidos uno al otro, sólo intercambian energía entre sí.  Entonces solo cuando son clivados por enzimas tumorales (en el interior de la célula tumoral) la energía hasta entonces retenida es liberada en el espectro cercano al  infrarrojo y detectada por medio de aparatos especialmente diseñados. Al contrario de los rayos x y gamma, no emiten radioactividad por lo que no existe daño a células normales que puedan hallarse en la cercanías.
    Hasta ahora los métodos de detección tumoral basados en la detección de proteínas, como por ejemplo el test del antígeno prostático espécífico (PSA), han enfocado en la detección de proteínas circulantes lo cual nos provee de información indirecta de la existencia de células tumorales. Debido a que estas nuevas moléculas una vez inyectadas son modificadas in situ por las enzimas presentes dentro de las células tumorales,  nos proveen no sólo de una evidencia más directa de la formación de un tumor, sino también de su ubicación y tamaño. Por ejemplo, si el compuesto no es detectado o sólo es detectado débilmente al revisitar el tumor, uno podría inferir que las células tumorales han sido aniquiladas o al menos inactivadas.
    El siguiente paso es el de efectuar estudios preliminares de toxicidad de todo el compuesto en su conjunto en pacientes ya diagnosticados con neoplasias, paralelamente al perfeccionamiento de los aparatos de detección.

Seguimiento de los tratamientos del cáncer con terapia antiangiogénica
    La angiogénesis está implicada en la patogénesis del crecimiento de los tumores y en la formación de metastasis (13). Actualmente existe una cierta esperanza que la inhibición de la proliferación endotelial de los vasos sanguíneos que nutren a los tumores juegue un papel importante en la lucha contra el cancer como lo han demostrado los recientes estudios realizados por Judah Folkman en Boston, EEUU con la endostatina. Otros investigadores han estado utilizando estrategias similares con otras proteínas involucradas en el proceso como los derivados de la trombospondina (otro inhibidor de la proliferación endotelial). En el pasado la correlación entre el aumento de la densidad microvascular y un pobre pronóstico de sobrevida  ha sido verificada y en la actualidad, el método más ampliamente utilizado en la evaluación de la angiogénesis es la determinación de la densidad microvascular  intratumoral en las áreas más activas de neovascularización de la lesión primaria. Este método aunque muy ampliamente utilizado tiene algunas limitaciones:  es invasivo y no permite una evaluación detallada de toda la masa tumoral.
    En el pasado nuestro laboratorio ha demostrado que el volumen vascular relativo y la permeabilidad relativa de los tumores puede ser estudiado no invasivamente por resonancia magnética  (12) mediante la administración secuencial de dos agentes de contraste para responancia que presentan diámetros diferentes. Primero, saturando la intensidad de señal magnética usando una molécula paramagnética de alto peso molecular e incapaz de atravezar el endotelio (interesantemente la misma utilizada para el anclado de los fluorocromos mencionado más arriba). Segundo, inyectando gadolinio quelado de bajo peso molecular permeable a través de la barrera endotelial que se distribuye hacia el intersticio.
    ¿Cuál es la utilidad de este método? La posibilidad de estudiar la habilidad de la terapia antiangiogénica para inducir una respuesta en tumores experimentales, la detectabilidad de los efectos de la terapia antiangiogénica por medios no invasivos in vivo y su correlación con métodos más tradicionales. En estudio publicado en la revista Neoplasia (14) se detecto que estos compuestos reducen marcadamente el crecimiento del tumor lo que resulta en una considerable diferencia entre los volúmenes tumorales observados entre grupos tratados con estos péptidos y los grupos control.

Papel de la radiología en la ablación selectiva de tumores
    Originalmente desarrollados como agentes de contraste, los óxidos de hierro (MION- monoamine iron oxide nanoparticles) están siendo estudiados también con propósito tanto diagnóstico como terapéutico.
    En el pasado estos compuestos fueron extensamente estudiados debido a la propiedad de los mismos de ser absorbidos a nivel de células del sistema reticuloendotelial (8, 12) y más tarde a nivel de células tumorales en una cantidad suficiente como para ser detectados por resonancia magnética (9, 10).
    Los tumores del sistema nervioso central representan aproximadamente un 2-5 % de todos los tumores. Un 80% se localizan a nivel del cerebro de los cuales un 50% son gliomas. A pesar del desarrollo de la radio- y quimioterapia el pronóstico general es sombrío. El potencial terapéutico de estos compuestos es bastante amplio.
    La demostración de que la modificación de estas partículas (con la introducción de un péptido  modificado derivado del virus del SIDA) confiere a las mismas la propiedad de ser internalizadas al interior de las células tumorales en una cantidad aproximadamente 100 veces mayor que la anteriormente alcanzada (11) sumado a la propiedad de su núcleo central conformado por átomos de hierro de ser irradiado por pulsos de laser llevo a nuestro laboratorio a desarrollar estudios acerca de la posibilidad de utilizarlos para la destrucción minimamente invasiva de tumores en áreas delicadas del organismo  en donde la resección indiscriminada de tumores en áreas de tejido vitales como el cerebro no es posible.
    La ventaja principal de esta selectividad en la destrucción de tejido tumoral mediante la deposición de energía mediante pulsos de láser radica en la habilidad de estos compuestos de seleccionar las células tumorales (10) que se infiltran en el parénquima cerebral (responsables de la recurrencia local del tumor) que conforma unos de los dilemas terapéuticos más grandes en el tratamiento de los tumores cerebrales.
    En la figura 3 se puede observar la microcavitación inducida por un pulso de láser en una célula tumoral (estudios todavía no publicados) (un glioma murino denominado 9L) marcado con el compuesto antes, durante  e inmediatamente después de la irradiación. La figura en questión fue obtenida en una célula de glioma murino 9L marcada in vitro. Actualmente se están realizando estudios de factibilidad in vivo en conjunto con el Wellman Laboratory of Photomedicine del Massachusetts General Hospital.
 

BIBLIOGRAFIA
1. Thomas J, Kuo M, Chawla M et al. Vascular Gene Therapy. Radiographics 1998, 18:1373-1394.
2. Voss S, KruskalJ. Gene Therapy: a primer for radiologists. Radiographics 1998, 18:1343-1372.
3. DeMarco G, Bogdanov A, Marecos E, R Weissleder. MR imaging of gene delivery to the Central Nervous System using an artificial vector. Radiology 1998  208 (1):65-71.
4. Schellingerhout D, Bogdanov A, Marecos E et al. Mapping the in vivo distribution of herpes simplex virions. Human Gene Therapy, 1998, 9:1543-1549.
5. Weissleder R. Molecular imaging: the next frontier. Radiology 1999, 212:609-614.
6. Tung CH, Mahmood U, Bredow S, Weissleder R. In vivo imaging of proteolytic enzyme activity using a novel molecular reporter. Cancer Res 2000;60:4953-4958.
7. Weissleder R, Mahmood U. Molecular imaging: state of the art. Radiology 2000, in press
8. Schoepf U, E Marecos, Melder R, Jain RK et al . Intracellular magnetic labeling of lymphocytes for in vivo trafficking studies. BioTechniques 1998. 24 (4): 642-651.
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10. Moore A, Marecos E, Bogdanov A et al. Tumoral distribution of long circulating dextran-coated iron oxide nanoparticles in a rodent model. Radiology 2000. 214:568-574.
11. Josephson L, Tung C, Melder R, Moore A et al. High efficiency magnetic cell labeling through tat-peptides. Bioconjugate Chemistry 1999 10:186-191.
12. Enochs S,  Weissleder R,. Organ and tissue directed MR contrast agents. In: Edelman RR, Hesselink JR, Zlatkin M eds. MRI: clinical magnetic resonance imaging. 2nd ed. Phildaelphia, PA. Saunders, 1996:192-220.
13. Folkman J. What is the evidence that tumors are angiogenesis-dependent?. Cancer Invest 1990. 82:4-6.
14. Marecos E, Bogdanov A, Cheng HC, Chandrasekaran, et al. Treatment of experimental brain tumors with thrombospondin-1 derived peptides: an in vivo imaging study.. Neoplasia. 1(5): 438-445 Nov 1999.