Uno de los mayores retos para la investigación en imagen médica es encontrar biomarcadores de respuesta terapéutica

Andrés Santos, IP del grupo Biomedical Image Technologies del CIBER-BBN en la Universidad Politécnica de Madrid
lunes, 4 de diciembre de 2017

El grupo de investigación del CIBER-BBN que lidera Andrés Santos en la Universidad Politécnica de Madrid centra sus estudios en el desarrollo de las tecnologías de imagen biomédica. Imagen cardiovascular, pulmonar, neuroimagen, cirugía y radioterapia guiadas por imagen, o adquisición y reconstrucción de imagen, principalmente en PET de alta resolución, son algunos de los campos en los que vienen desarrollando proyectos con aplicación clínica. Pero también cuentan con otras líneas de investigación de carácter más básico, centradas en la imagen del desarrollo embrionario, así como en el naciente ecosistema de la eSalud, aprovechando el potencial de las nuevas tecnologías para mejorar el acceso de la población a la sanidad. En esta entrevista, Andrés Santos repasa alguno de los proyectos en los que actualmente trabaja su equipo.

-¿Cuáles considera que son los principales retos para la investigación en el campo de la imagen médica?

-Actualmente hay mucho interés en encontrar biomarcadores, es decir, indicadores que muestren la existencia o no de una determinada patología o la respuesta (o ausencia de la misma) a una terapia. Uno de los retos es obtener biomarcadores a partir del análisis cuantitativo de imágenes médicas adquiridas de un modo no invasivo. Por poner un ejemplo, sería interesante obtener alguna medida a partir de imágenes avanzadas de resonancia magnética o tomografía por emisión de positrones que permita distinguir lo más pronto posible si un tumor está disminuyendo en respuesta a la terapia, o si ésta no tiene efecto y debe administrarse una terapia alternativa.

-¿Cómo valora el nivel de la investigación que se hace en España en este campo?

-Creo que estamos a un muy buen nivel comparado con los países de nuestro entorno en los aspectos científico-técnicos. Tenemos un buen nivel en publicaciones científicas en cantidad y calidad, considerando el tamaño de nuestro país. Sin embargo, en translación a la clínica y transferencia a la industria, aún tenemos que hacer un esfuerzo por mejorar.

-¿Cómo cree que contribuye el contar con una estructura como el CIBER-BBN al progreso de la investigación en este campo?

-CIBER-BBN ha permitido poner en contacto a grupos de investigación que trabajan en áreas afines que, en muchos casos, no se conocían más que superficialmente, y que tenían un alto potencial de colaborar al ser expertos en técnicas complementarias. En ese aspecto, el CIBER-BBN ha permitido potenciar considerablemente colaboraciones exitosas intramurales, pero también abordar proyectos externos que cada grupo individualmente no habría podido realizar. En ese aspecto se puede considerar un éxito innegable.

Otro objetivo inicial fue el de estabilizar una plantilla de investigadores de excelencia, pero la llegada de la famosa crisis económica impidió que este objetivo se consiguiera por completo.

-¿Cuáles son las principales líneas de investigación en las que se centra el trabajo de su grupo?

-Trabajamos en el procesamiento y análisis de imágenes médicas, en colaboración con diversos grupos clínicos. En concreto, en imagen cardiovascular, imagen pulmonar, neuroimagen, cirugía y radioterapia guiadas por imagen, entre otros temas. También trabajamos en adquisición y reconstrucción de imagen, principalmente en PET de alta resolución. Una línea bastante productiva a nivel de investigación más básica es el análisis de imagen del desarrollo embrionario (peces cebra principalmente). Por último, en eSalud o salud global hemos propuesto distintas tecnologías basadas en teléfonos móviles e impresión 3D para facilitar el acceso a la salud. Como ejemplo hemos construido un microscopio de muy bajo coste, basado en un teléfono móvil y con componentes impresos en 3D, para la detección de enfermedades tropicales (principalmente malaria) en países donde hay escasez de personal médico especializado.

-El área de referencia de su trabajo es el tratamiento y análisis de imagen médica con propósito de diagnóstico y seguimiento de enfermedades, ¿cuáles han sido hasta el momento sus aportaciones más relevantes en este campo?

-Hemos propuesto y validado técnicas de ayuda al diagnóstico precoz de enfermedades cardiovasculares basadas en algoritmos de registro de secuencias de imágenes ecocardiográficas o de resonancia magnética (en colaboración con el Hospital Gregorio Marañón, los Institutos Nacionales de Salud de EE.UU. y la empresa Siemens-Acuson). También hemos desarrollado sistemas de ayuda a la planificación en radioterapia intraoperatoria (con la empresa GMV y el Hospital Gregorio Marañón, entre otros) y a la determinación del foco epiléptico (colaboración intramural con el Hospital Clínic de Barcelona). Otro resultado ha sido un procedimiento para determinar la prognosis de pacientes con embolia pulmonar (en colaboración con el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y Brigham and Women’s Hospital de Boston, MA, EE.UU.).

-Centran buena parte de su investigación en el área de la imagen cardiovascular, ¿qué proyectos vienen desarrollando en esta línea y cuáles son los principales resultados de este trabajo?

-En los últimos años hemos centrado nuestra investigación en el estudio y la caracterización del sustrato miocárdico de arritmias a partir de imágenes de realce tardío de resonancia magnética nuclear. Los pacientes que han sufrido un infarto de miocardio tienen alto riesgo de muerte súbita debido a la alteración de la conducción que supone la cicatriz postinfarto. Las técnicas desarrolladas permiten cuantificar las lesiones, guiar los procedimientos de ablación por radiofrecuencia, y realizar estudios de investigación básica de nuevas estrategias terapéuticas.

-Trabajan en la extracción de nuevos biomarcadores en enfermedades cardiopulmonares mediante el análisis de imagen pulmonar, ¿qué proyectos desarrollan en esta línea?

-En colaboración con CIBERES y Brigham and Women’s Hospital estamos aportando técnicas de caracterización de parénquima pulmonar así como de la afectación de la vasculatura y el corazón, en concreto para el estudio de la Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica (EPOC) y comorbilidades asociadas.

-Tienen en marcha proyectos para el desarrollo de pruebas no invasivas en pacientes con cáncer…

-Uno de los efectos secundarios más graves que sufren los pacientes con cáncer que reciben quimioterapia es la disminución de glóbulos blancos en la sangre. Si su nivel de glóbulos blancos es muy bajo, el paciente se encuentra en alto riesgo de padecer infecciones que requieren hospitalización inmediata y alteran la administración efectiva de la quimioterapia. Actualmente estamos desarrollando en colaboración con MIT una tecnología completamente no invasiva que permite monitorizar la concentración de glóbulos blancos en sangre observando el flujo sanguíneo de los capilares superficiales que hay en el pliegue de la uña, sin necesidad de frecuentes análisis de sangre.

-Se han centrado además en el análisis de microscopía para modelar el desarrollo embrionario, ¿podría concretarme más sobre el trabajo de su grupo en esta línea?

-Esta es una actividad más básica, cuyo objetivo a largo plazo es contribuir al estudio del desarrollo embrionario de los vertebrados. La idea es obtener datos cuantitativos del desarrollo de animales modelo, como el pez cebra o el ratón, a partir de imágenes obtenidas con microscopios de última generación. Se ha propuesto un modelo del desarrollo durante las primeras divisiones celulares, un atlas espacial de la expresión de algunos genes en varios momentos del desarrollo y últimamente estamos trabajando en la descripción cuantitativa del comportamiento biomecánico de las distintas capas embrionarias y la relación de dicho comportamiento con el destino de los distintos dominios celulares.

-También trabajan en el desarrollo de aplicaciones de software para planificación de cirugía y tratamiento guiados por imagen, ¿qué proyectos desarrollan o han desarrollado en esta línea?

-En cirugía guiada por imagen hemos trabajado en el procesamiento de imágenes para la planificación de la cirugía de hígado en oncología. Aquí es importante localizar con precisión la posición de un tumor y de los grandes vasos sanguíneos a partir de imágenes preoperatorias (TAC y de resonancia magnética). La superposición y segmentación de dichas imágenes permite una planificación precisa pudiendo calcular el volumen hepático remanente, lo que tiene una importancia clave a la hora de evitar un fallo hepático postoperatorio.

En el tema de tratamiento guiado por imagen, se ha desarrollado un planificador para radioterapia intraoperatoria, aquélla que se aplica directamente sobre el lecho tumoral durante la cirugía después de la extirpación del tumor. En este caso las imágenes preoperatorias no son suficientemente precisas y la planificación se debe actualizar en el mismo quirófano en el tiempo más breve posible. En colaboración con el Hospital Gregorio Marañón y GMV hemos desarrollado un simulador de dosimetría que permite anticipar los efectos de la radioterapia en los tejidos, y así minimizar el daño al tejido sano circundante.

-¿Cómo pueden contribuir al avance médico o al avance de la salud de la población este tipo de herramientas?

-En la era de la conectividad global actual, la comunicación ubicua puede redundar en una mayor vigilancia epidemiológica y mejor asistencia sanitaria. Así, hemos desarrollado un proyecto junto con el Hospital Clínic de Barcelona y el Instituto de Salud Global (ISGlobal) para la monitorización de viajeros y la detección de enfermedades infecciosas facilitando la asistencia remota especializada. Uno de los primeros pilotos se desarrolló para los Juegos Olímpicos de Río 2016 para detectar posibles contagios del virus Zika.

-Dentro del campo de ayudas al diagnóstico médico, ¿cómo puede canalizarse la colaboración ciudadana para la mejora de salud?

-Hemos trabajado en la combinación de la “gamificación” (novedosa palabra que ha aparecido entre nosotros para indicar la utilización de estrategias de juego como motivación para otros objetivos) y la responsabilidad social. Mediante una aplicación similar a un juego, Malariaspot, cualquier usuario de un teléfono móvil puede ayudar al diagnóstico de la malaria en centros de salud remotos. La idea es que en países con poco personal sanitario especializado, se puedan adquirir imágenes de una gota de sangre con el microscopio de bajo coste basado en un teléfono móvil y enviarlas a una red de jugadores voluntarios para que “jueguen” a detectar la presencia de parásitos en la imagen. Evidentemente, esta detección no será 100% fiable, pero si se combina la información de un reducido número de jugadores se puede llegar a tener una fiabilidad suficiente para que el sistema permita descartar o no la posibilidad de malaria. Creemos que esto puede facilitar significativamente el acceso a pruebas diagnósticas en regiones de bajos recursos económicos.