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“Animal de experimentación como reactivo biológico en investigación, diagnóstico y control de Fármacos” URBE Significado Biomédico de la Imagenología en animales de laboratorio Marcelo Fernández Lomónaco Imagenología El concepto se utiliza para nombrar al conjunto de las técnicas y de los procedimientos que permiten obtener imágenes del cuerpo humano y animales con fines clínicos o científicos. La imagenología o imagen médica, por lo tanto, se utiliza para revelar, diagnosticar y examinar enfermedades o para estudiar la anatomía y las funciones del cuerpo. La radiología, la termografía médica, la endoscopia, la microscopía y la fotografía médica forman parte de estas técnicas. Otros procedimientos que permiten obtener datos que pueden representarse como mapas o esquemas (como la electroencefalografía) también pueden incluirse dentro de la imagenología. La gran ventaja de la imagenología es que permite obtener imágenes internas del cuerpo sin necesidad de abrirlo. La tomografía, por ejemplo, es un método de imagen de un solo plano que se lleva a cabo mediante el movimiento de un tubo de rayos X sobre el paciente. Marcelo Fernández Lomónaco La imagen de resonancia magnética, por su parte, apela al uso de imanes para polarizar los núcleos de hidrógeno en las moléculas de agua de los tejidos. Esa excitación que generan los imanes en los núcleos de hidrógeno puede captarse y codificarse de manera espacial para generar imágenes del cuerpo. La fluoroscopía es una técnica de la imagenología que genera imágenes en tiempo real a partir de una entrada constante de rayos X. Gracias a medios de contraste (como el yodo), es posible visualizar cómo trabajan los órganos internos. La radiografía de proyección, la medicina nuclear y el ultrasonido son otras técnicas de la imagenología. Marcelo Fernández Lomónaco Significado Biomédico de la Imagenología en animales de laboratorio El uso médico de fuentes abiertas de material radiactivo, generalmente conocido como medicina nuclear, consiste en la administración de radiofármacos al paciente para realizar mediciones fisiológicas, obtener imágenes de órganos, glándulas y sistemas, o para llevar acabo ciertos tratamientos. Para practicar un examen diagnóstico con radioisótopos hace falta disponer de moléculas marcadas que tengan una afinidad específica con el órgano que se debe estudiar. Las drogas y compuestos marcados con radionucleidos específicos se depositan en el organismo en forma predecible, tanto en su localización como en la cantidad. Debido a que los procesos de eliminación son relativamente lentos, se deben emplear isótopos en los que la actividad decaiga rápidamente, es decir de corto período de semidesintegración. Las ventajas de emplear esta técnica consisten en que se puede estudiar el comportamiento fisiológico en forma simple, no invasiva, y con bajo riesgo para el paciente Marcelo Fernández Lomónaco . La imagenología molecular comprende la visualización, caracterización y medida de procesos biológicos a nivel molecular y celular en seres humanos u otros seres vivientes. Para ello genera imágenes 2 ó 3 D teniendo la posibilidad de cuantificar las variaciones que ocurren en el tiempo. Las técnicas usadas incluyen imágenes obtenidas mediante el empleo de radiotrazadores, de resonancia magnética, de espectroscopia de resonancia magnética nuclear, de imágenes ópticas, de ultrasonido y otras Marcelo Fernández Lomónaco ¿Qué es PET/CT? Es un estudio que combina Tomografía Computada (CT) con Tomografía por Emisión de Positrones (PET) en una misma imagen. En condiciones habituales, para poder hacer estos dos estudios se requieren dos cámaras separadas y se toman en dos tiempos distintos. Con la fusión de imágenes que permite la cámara PET/CT se realizan ambos estudios al mismo tiempo. Gracias a ello, es posible obtener imágenes muy claras que combinan las imágenes anatómicas que muestra el CT con las de función celular (o metabolismo) que proporciona el PET. Esta fusión de las dos técnicas hace que el estudio sea mucho más confiable, diagnóstico y fácil de interpretar que si se realizaran ambos estudios por separado. Usos Comunes Al ser un método diagnóstico eficaz, seguro, sencillo y no-invasivo, el PET/CT se puede utilizar para estudios oncológicos (tumores), neurológicos, psiquiátricos, infecciosos, autoinmunes, cardiológicos o angiográficos (de vasos sanguíneos) tanto en pacientes adultos, como en pacientes pediátricos. Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Dedicated PET System 120 Gantry-LG CT Camera Variable Focus x-ray Source Isofluorane Rodent Anesthesia System Physiological Monitoring and Heating with Laptop 3D Visualisation and Analysis Pharmacokinetic Modelling Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco System: small animal SPECT/CT Manufacturer: MILabs Specs: up to 0.35 mm spatial and sub-minute temporal resolution / gated and listmode acquisitions of organs or whole body / high sensitivity: 75 pinholes / collimators: mouse (0.35 and 0.6mm) rat (1mm) dedicated rat brain collimator (0.6mm) System: small animal PET/SPECT/CT Manufacturer: Gamma Medica (distributed by GE) Specs: can combine up to three different imaging modalities (PET, SPECT, CT) in a single platform: SPECT: 4 CZT cameras /12.7x12.7 cm² FOV / variable ROR / static and dynamic acquisitions / single and multi-pinhole collimators CT: variable focal spot size: 20-150 µm / continuous & spiral acquisitions / 2-5 min scan time PET: 1.3 mm spatial resolution / LYSO and LGSO crystals / APD readout / 7.5 cm axial FOV / gated, static and dynamic acquistions Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Harry S. Truman Veterans Hospital The combined Micro-SPECT/CT instrument from Siemens Preclinical Solutions is the first instrument of this design (originally produced by Imtek Inc. of Knoxville, TN). The SPECT component of this instrument is equipped with dual pixellated sodium iodide detectors for acquiring high resolution single photon emission computed tomography (SPECT) data. Each detector head is comprised of 4,624 NaI crystals (2.0 x 2.0 x 10mm) arranged in a 68 x 68 crystal array coupled to 9 Hamamatsu position sensitive photomultiplier tubes. The system is equipped with 0.5mm, 1.0mm, 2.0mm, and 3.0mm pinhole collimators. The SPECT volumetric data is reconstructed with a 3D OSEM and filtered back projection algorithms. Marcelo Fernández Lomónaco Micropet ¿Qué es? El MicroPET, como su nombre lo sugiere, es un Tomógrafo por Emisión de Positrones en miniatura. Funciona exactamente de la misma manera que un PET convencional, pero mientras que una tomógrafo convencional ocupa un cuarto entero por sus grandes dimensiones, el MicroPET ocupa una cuarta parte de ese espacio. Debido a esto, el MicroPET no se puede utilizar con pacientes humanos. Sin embargo, su utilidad es muy alta para el ámbito de la investigación con animales (principalmente roedores). Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Unidad PET/CT Ciclotrón En comparación con los rayos X, ultrasonido y resonancia magnética, con los que se ve la anatomía o la estructura, la PET muestra información fisiológica o bioquímica de los procesos bajo estudio, lo que permite la detección temprana de procesos patológicos, inclusive antes de que se presenten los primeros síntomas de la enfermedad o de que aparezcan alteraciones anatómicas, ya que se puede medir el flujo sanguíneo, el metabolismo del oxígeno, la síntesis de proteínas, la actividad enzimática, el metabolismo de glucosa y la densidad de receptores, además permite caracterizar enfermedades a nivel molecular. Beneficios Clínicos PET/CT Menor tiempo de adquisición del estudio (18 min PET y 1 min CT). Aumenta la especificidad del PET. Corrección de Atenuación basada en CT, corrige la dispersión fotónica y el efecto parcial de volumen. Correlación con Atlas Morfológicos y referencia anatómica para la planeación de la terapia (cirugía). Detección de metástasis antes que se produzcan alteraciones anatómicas de tamaño evidente. Definición del estado regional de lesiones extensas (necrosis vs. tumor viable para sitio de biopsia). Localización de anormalidades funcionales en áreas de anatomía compleja (tumores de Marcelo Fernández Lomónaco cabeza y cuello) y en pacientes con anatomía alterada (cirugía previa). Planeacion de la Radioterapia Los equipos PET-CT tienen un impacto importante en la planificación del calculo de las dosis estimadas de radiación especificando el volumen del tumor a tratar. El PET permite delimitar dentro de la imagen anatómica del tumor las zonas de mayor actividad maligna y su grado de actividad. Evita daño a tejidos vecinos sanos Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Usos comunes: Actualmente la investigación con MicroPET está dirigida al estudio de enfermedades cardiológicas, neurológicas, oncológicas, psiquiátricas, inflamatorias e infecciosas. También se utiliza en el desarrollo de nuevos y mejores medicamentos para el tratamiento de estas mismas enfermedades. Al marcar estos nuevos medicamentos con radioisótopos, es posible monitorizar su efecto en el cuerpo de los pacientes. Otras líneas de investigación están dedicadas a la producción de nuevos radiofármacos que pudieran ser de utilidad para estudios diagnósticos con PET o PET/CT en humanos. En este equipo se realizan los estudios preclínicos de los radiofármacos producidos en la Unidad, así como estudios de investigación básica. Ventajas de la imagenología molecular Mediante imagenología molecular es posible determinar la distribución espacial y temporal de pruebas moleculares, así como los procesos biológicos asociados; de una forma significativa a través de un individuo vivo. La visualización de funciones e interacciones de un gen en particular resulta más sencilla al contar con una evaluación realista que respeta la dinámica de las complejas redes biológicas presentes en órganos y sistemas completos en un animal vivo intacto Marcelo Fernández Lomónaco Dentro de la ciencia farmacológica la aplicación de pruebas de imagenología molecular en animales vivos intactos permite avanzar en el entendimiento de los fenómenos biológicos relacionados a la molécula estudiada y su interacción con el organismo. La utilización de animales transgénicos resulta muy útil para el desarrollo de nuevos fármacos ya que permite la validación de la proteína blanco y la evaluación de los compuestos bajo prueba, además de determinar la relación del blanco con efectos toxicológicos, evaluar la eficacia de los componentes y así asegurar que el comportamiento de los compuestos será el esperado en el hombre. La aproximación mediante imágenes moleculares dentro del proceso de desarrollo de nuevos fármacos ofrece la importante ventaja de estudiar un fármaco potencial marcado mediante un modelo animal, usualmente antes de que los cambios fenotípicos sean evidentes y sea trasladado rápidamente a estudios en humanos. Es probable que los ensayos preclínicos se puedan acelerar para eliminar fármacos con biodistribución y/o farmacocinética desfavorables antes de la realización de estudios en humanos. Una ventaja sobre la experimentación in vitro y en cultivos celulares se puede lograr mediante la realización de estudios repetidos en el mismo animal, usando ensayos de imágenes biológicas en distintos tiempos. Esto revela un cuadro dinámico y más significativo de los cambios progresivos en parámetros biológicos bajo estudio, así mismo es posible la valoración temporal de las respuestas terapéuticas; todo en el mismo animal y sin la necesidad de sacrificarlo. Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Otro beneficio de los estudios de imagenología molecular es su naturaleza cuantitativa. Las imágenes adquiridas regularmente no son sólo subjetivas o cualitativas, como es el caso de las imágenes obtenidas mediante modalidades médicas convencionales, en cambio, proveen mediciones numéricas de fenómenos biológicos. Recientemente los descubrimientos científicos en materia biológica se han encaminado hacia la transición de modelos in vitro a modelos in vivo. Hoy, los esfuerzos se dirigen a desarrollar tecnologías de imagen no invasivas y con alta resolución específicas para animales pequeños. El objetivo principal de la imagenología molecular en roedores es obtener una señal lo más intensa posible, factible de ser localizada de la manera más exacta mediante el marcaje de blancos específicos y con la menor cantidad de radiotrazador posible. Así mismo desarrollar un dispositivo capaz de producir imágenes tridimensionales de información anatómica y funcional fusionada con una alta resolución temporal. Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco En la especialidad de Medicina Nuclear se utilizan cantidades muy pequeñas de sustancias radioactivas, o radiofármacos, para examinar la función y estructura de los diferentes sistemas del cuerpo. Así se puede ayudar a diagnosticar y tratar anomalías muy temprano en la progresión de una enfermedad. En Medicina Nuclear se tiene la capacidad y posibilidad de estudiar la función de los órganos a diferencia de la Radiología convencional, que estudia la estructura. En muchas enfermedades, especialmente en los tumores y procesos infecciosos, los cambios funcionales aparecen mucho antes de que puedan ser identificados por cambios estructurales. Sistemas híbridos Entre los avances tecnológicos más impresionantes en medicina en los últimos años están los denominados equipos “híbridos” para la adquisición de imágenes para el uso clínico. Estos tienen como característica esencial, incorporar en una sola máquina, instrumentos que hasta ahora han funcionado en forma separada Marcelo Fernández Lomónaco PET-CT El PET-CT une un tomógrafo de emisión de positrones (PET), del campo de Medicina Nuclear, con un tomógrafo computarizado (CT), de Radiología y fue el primer equipo híbrido utilizado en el manejo de pacientes. El PET-CT ayuda a diagnosticar de forma precisa diversos procesos patológicos, sobre todo en los campos de Oncología, Cardiología y Neurología. Según la literatura médica, el PET-CT es la base del cuidado diagnóstico de muchos pacientes oncológicos, debido a que tiene la capacidad de impactar sustancialmente en el diagnóstico y estrategias de tratamiento. Se estima que el PET-CT puede cambiar el manejo clínico hasta en un 45 % de los pacientes. SPECT-CT El segundo equipo híbrido disponible para uso clínico en Medicina Nuclear es el SPECT-CT, que es la unión de una gamma cámara SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) con un CT. El paciente es estudiado en un solo equipo simultáneamente para obtener información sobre función y anatomía. El objetivo esencial de combinar estas tecnologías es facilitar la localización de áreas que demuestren función alterada y llegar así a un diagnóstico más preciso para mejorar el manejo clínico de los pacientes. Esta tecnología se utiliza en los estudios convencionales de Medicina Nuclear como la scintigrafía de hueso (bone scan), corazón (myocardial perfusion scan), galio (gallium scan), paratiroides (parathyroid scan), tumores neuroendocrinos (octreoscan) y rastreo con yodo radiactivo (whole body iodine scan), entre otros. Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Aplicaciones La Unidad utiliza una tecnología de punta, para el diagnóstico por imágen, que requiere de la administración al paciente de moléculas marcadas con emisores de positrones de vida media corta, la más usada es la FDG (glucosa marcada con flúor-18). Tiene aplicaciones en los campos de: cardiología, neurología, psiquiatría y oncología, en enfermedades del corazón. El proceso para obtener una imagen PET es el siguiente: 1) Se produce un elemento radiactivo emisor de positrones en un ciclotrón 2) El elemento radiactivo se une a un compuesto químico para producir un radiofármaco 3) Se administra una dosis apropiada de éste al paciente por vía intravenosa 4) Una vez que el radiofármaco se concentra en la región de estudio, se hace la adquisición de datos en un escáner PET 5) Se aplican algoritmos matemáticos a los datos adquiridos para reconstruir las imágenes tomográficas 6) Se interpretan los resultados que fueron procesados. Las imágenes aportan una información clínica de tipo metabólico, funcional o bioquímico, muy útil en el diagnóstico y evaluación de diversas patologías. Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Autorradiografía: Imagen obtenida sobre una placa fotográfica por la aplicación de un corte de tejido que contiene un cuerpo radiactivo: éste, por su radiación impresiona la placa y revela así su distribución en el tejido. 1º.-Inyección del producto radiactivo. 2º.-Cuando haya transcurrido el tiempo aproximado de asimilación del producto, el animal se anestesia y perfunde con fijador, sólo cuando el producto con el isotopo no se soluble. Si el producto es soluble se sacrifica el animal, rápidamente se extrae el órgano y se congela. 3º.-Incluir y cortar en parafina, resina epoxi, o cortar por congelación. 4º.-Colocar, en cuarto oscuro, sobre el portaobjetos con el corte, la película de fotografía, cuidando que la cara con la emulsión fotográfica quede en contacto con el corte. 5.- Guardar en una caja oscura y colocar en frigorífico durante 7 días, para empezar, al término de los cuales: 6º.- Se saca, en cuarto oscuro, y se revela la película fotográfica como se hace habitualmente con los negativos en blanco y negro. Si la impresión ha sido buena, se procede a la coloración del corte, y si no ha sido buena, p.e. ha sido muy débil, se coloca otra vez con otra película fotográfica sobre los portas y se deja impresionando en el frigorífico mas tiempo. Repitiendo la operación de nuevo Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Definición de radiofármaco Sustancia Química que contiene átomos radiactivos en su composición y que por su forma farmacéutica, cantidad y calidad de la radiación emitida es adecuada para su administración en seres vivos con fines diagnósticos o terapéuticos Radiofármaco # Trazador# Agente de radiodiagnóstico Marcelo Fernández Lomónaco Aplicaciones de los RF en Medicina Nuclear Métodos de análisis de muestras (dosis determinación de concentración) Relación órgano blanco – órgano no blanco Métodos de obtención de imágenes Procedimientos terapéuticos (efectos de las radiaciones ionizantes) Marcelo Fernández Lomónaco Clasificación según su vía de administración Vía oral Vía inhalatoria Vía parenteral Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Controles de calidad de los radiofármacos Controles físicos y fisicoquímicos Controles químicos Controles biológicos: esterilidad, apirogenicidad, biodistribuciones Otros estudios: atoxicidad, estabilidad, ensayos clínicos. Marcelo Fernández Lomónaco Biodistribuciones % dosis / g en órgano blanco % dosis / g en órgano no blanco Cpm / mg en órgano no blanco Cpm / mg en órgano blanco Marcelo Fernández Lomónaco Clasificación de los radiofármacos Para estudios renales Para estudios hepatobiliares Para estudios oncológicos Para centellografía osea Para estudios de perfusión cardíaca Para estudios de perfusión cerebral Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Diagram of a transverse sectional view of mouse tail,lateral veins (LV), and ventral artery (VA). Diagram of a transverse sectional view of a rat tail showing the dorsal vein (DV), lateral veins and ventral artery. lateral veins (LV), and ventral artery (VA). Marcelo Fernández Lomónaco TUMOR TUMOR Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Planilla de biodistribución Marcelo Fernández Lomónaco Marcelo Fernández Lomónaco Muchas Gracias Gracias Marcelo Fernández Lomónaco
