Advantages and applications of quantitative molecular imaging

Resumen

La aplicación de las técnicas de imagen molecular a la investigación básica en roedores implica el uso de instrumentación especializada, combinada con el uso de sondas moleculares, que permiten la visualización en tiempo real de procesos bioquímicos in vivo. El objetivo principal de esta tesis fue desarrollar y validar nuevas técnicas para mejorar la especificidad y cuantificación de la imagen molecular con el fin de abordar importantes desafíos prácticos de la imagen molecular clínica. En particular, hemos explorado tres estrategias a diferentes niveles a lo largo del proceso de formación de imágenes: desde el protocolo preparatorio pre-imagen, pasando por la sonda molecular de imagen y finalizando con algoritmos de post-proceso. Hoy en día nadie puede discutir la importancia de la 18F-FDG en la práctica clínica, pero también se conoce su limitación para detectar diversas patologías debido a la captación inespecífica de diversos órganos. Se han propuesto varios protocolos pre-imagen (basados en el uso de dietas o fármacos) para reducir la captación inespecífica del corazón, pero hasta ahora no se ha realizado ningún estudio comparativo. La primera parte de esta tesis trata de mejorar la detectabilidad de trazadores no específicos (18F- FDG) mediante la reducción del fondo. Para ello presentamos un protocolo simple y efectivo que utiliza la capacidad que tiene el miocardio para cambiar de sustrato metabólico (de glucosa a ácidos grasos) con el fin de reducir su captación de 18F-FDG, mejorando así la visualización de lesiones en su vecindad. Por otro lado, son muchos los esfuerzos que se dedican al desarrollo de nuevas sondas de imagen para que tengan una interacción más específica con la diana, que atraviesen barreras biológicas de manera más efectiva e incluso que puedan emplearse en más de una modalidad de imagen. Sólo un pequeño número de estas nuevas sondas llegan a tener aplicación clínica, porque en muchos casos no cumplen los requisitos de seguridad necesarios, sobre todo si implican genes reporteros. La segunda parte de este trabajo aprovechó dos nuevas estrategias de la biología molecular (las regiones de unión al scaffold/matriz (S/MAR) los cuales permanecen episomales y replicativos y, la tecnología de minicírculos (MCs), que permiten la eliminación de secuencias procariotas) para desarrollar una sonda genética más segura para el seguimiento y visualización celular. En este caso, especificidad y seguridad estaban relacionadas entre sí y dependían de la capacidad del nuevo vector para permanecer episomal y funcional a lo largo del tiempo. Por último, el registro espacial multimodalidad permite una mejor localización de la señal y por lo tanto una mejor cuantificación de la imagen. La parte final de esta tesis trata de mejorar la localización de la señal cuando la actividad en la región de interés es muy baja en comparación con el fondo. Para ello hemos diseñado una cama multimodalidad con tres marcadores no co-planares que rodeaban la región de interés. También validamos un método de registro rígido semi-automático basado en líneas de coincidencia para co-registrar imágenes SPECT/MRI de pequeño animal obtenidas con sistemas no híbridos. Este procedimiento nos ha permitido demostrar la llegada al neuroblastoma de células madre mesenquimales humanas (hMSCs) marcadas con 111In-oxina, 24-48 horas después de su implantación. En resumen esta tesis demuestra que: 1) los protocolos pre-imagen basados en dietas altas en grasas suprimen la captación de 18F-FDG por parte del miocardio, lo que de hecho mejora la visualización de lesiones inflamatorias cerca del corazón; 2) las sondas bioluminiscentes S/MAR MCs son prometedores vectores no integrativos y replicativos que evitan los problemas de seguridad y proporcionan una amplia ventana de tiempo para realizar estudios de imagen; y 3) el registro multimodalidad de SPECT y MRI es esencial para la localización y cuantificación de la migración de las hMSCs.