UNIVERSITAT DE VALENCIA Facultat de Medicina i Odontología Departament de Cirurgia Programa de Doctorado 3042 - MEDICINA - 444 Tumores cerebrales: estudio genético e inmunohistoquímico PERFILES METABÓLICOS IN VIVO Y EX VIVO: APOYO AL DIAGNOSTICO Y MANEJO CLÍNICO DE GLIOMAS D. Vicente Rovira Lillo Directores: Dr. D. Guillermo García March Dr. D. Bernardo Celda Muñoz Dr. D. José Piquer Belloch Valencia, 2017 INTRODUCCIÓN Los astrocitomas de alto grado son los tumores cerebrales primarios más frecuentes del adulto. El análisis histológico, además de proporcionar información sobre el pronóstico, nos acerca con seguridad al diagnóstico, y es condición indispensable para acceder al tratamiento quimioterápico y radioterápico. Nuevas pruebas de imagen, como la resonancia magnética (RM) y la espectroscopia que se deriva de ella, permiten obtener un diagnóstico del tipo histológico del tumor muy aproximado a los obtenidos mediante las técnicas clásicas de biopsia. El trabajo de esta tesis se basa en el análisis mediante resonancia con espectroscopia prequirúrgica in vivo correlacionados con los estudios anatomopatológicos , resonancia con espectroscopia , espectrógrafo de masas de las muestras histopatológicas ex vivo con objeto de poder realizar un diagnóstico in vivo de los gliomas así como poder diferenciar los distintos grupos tumorales, a partir de sus características bioquímicas. HIPÓTESIS Y OBJETIVOS En una primera fase se desarrollo un nuevo protocolo para el diagnóstico diferencial de tumores gliales mediante en el análisis de los metabolitos presentes en estudios de espectroscopia mediante la combinación de tiempos eco largos y cortos en volúmenes voxel únicos. El uso de esta nueva técnica se aplicara en el diagnóstico automatizado mediante el programa CADS validando la técnica así como para el diagnóstico diferencial entre gliomas y metástasis. En una segunda fase de la Tesis se analizaron ex vivo mediante HR-MAS muestras de biopsias de tumores cerebrales y se validarán los resultados obtenidos in vivo con los resultados ex vivo y estudio histológico. En una última fase se realizan estudios ex vivo de microscopia por resonancia magnética de las muestras obtenidas para obtener imágenes de alta resolución a escala celular e histológica de los tejidos analizados mediante HR-MAS y obtener tanto un perfil metabólico con tiempo eco largo y corto de diferentes áreas tumorales junto a un estudio de imagen a nivel tisular que permita su traslación de ex vivo a in vivo. MATERIAL Y MÉTODOS Este trabajo es el resultado de años de colaboración entre los Departamentos de Neurocirugía–Radiología del Hospital de La Ribera y el Departamento de Química-Física de la Universidad de Valencia, en los que se han realizado diversos estudios a partir de muestras de biopsia cerebrales. La experiencia del Departamento de Química-Física de la Universidad de Valencia tanto en ERM como en HR-MAS en el estudio de tumores de SNC ha llevado a este Departamento a coordinar un proyecto Europeo de gran envergadura. El VI Programa Marco Europeo ha aprobado el proyecto de investigación e TUMOUR. Los estudios se ha realizado con materiales en 3 fases : una primera fase de estudio de ERM in vivo con resonancias de pacientes del Hospital La Ribera. Una segunda fase de estudio ex vivo de HR-MAS de muestras de tumores cerebrales del Hospital La Ribera y Clínico de Valencia así como MRM. En una tercera fase dentro del proyecto eTUMOUR se ha realizado análisis de ERM de imágenes radiológicas en las que han participado de forma anónima diferentes instituciones aportando estudios radiológicos. RESULTADOS. DISCUSIÓN ESPECTROSCOPÍA de RMN IN VIVO (ERMN) Los resultados presentados usando el protocolo propuesto y descrito demuestran la capacidad del mismo en la ayuda al diagnóstico diferencial tanto entre diversos tipos de lesiones del SNC como para la distinción entre los grados II, III y IV en tumores gliales. Desarrollo y evaluación de un Sistema de Apoyo al Diagnóstico Clínico (CADS) de tumores del SNC mediante ERM A partir de los resultados obtenidos de sensibilidad/especificidad de RMI y CADS para el correcto diagnóstico con referencia al diagnóstico clínico final basado en en todas las herramientas de diagnóstico disponible incluyendo biopsia, parecen indicar una resolución ligeramente superior para CADS en tumores gliales de bajo grado y agresivos, lo contrario se observa en meningiomas. PERFIL METABÓLICO EX VIVO MEDIANTE HR-MAS Los perfiles metabólicos ex vivo obtenidos mediante HR-MAS pueden proporcionar una información adicional interesante al apoyo al diagnóstico en los tumores del SNC así como para mejorar la información proporcionada por la imagen de espectroscopía ERM. La traslación de la información detallada metabólica de HR-MAS podría ser de enorme ayuda para definir mejor la extensión y el tipo de tejido afecto dentro de las masas tumorales del SNC. DESARROLLO DE LA MICROSCOPÍA DE RESONANCIA MAGNÉTICA (MRM) COMO SOPORTE AL DIAGNÓSTICO DE GLIOMAS CEREBRALES La resolución espacial en este estudio está fuera del alcance de la aplicación clínica de la MRM. La resolución espacial conseguida en esta parte de la Tesis es muy superior a la que se puede obtener en equipos clínicos de RMI. Las imágenes de 500 micras de espesor también han mostrado diferencias en contraste dentro de las muestras y algunos detalles que, aunque puedan ser mejor interpretadas usando secciones a mayor resolución, ellas mismas pueden proporcionar un paso intermedio entre la MRM de alta resolución y la MO (microscopia óptica) y los estudios in vivo de RMI CONCLUSIONES Se ha comprobado la aplicabilidad del protocolo de ERM diseñado (ERMI combinado con Volumen Único a TE corto y largo) para la obtención del perfil metabólico de la zona de máxima celularidad en los tumores del SNC. Lo que ha permitido una diferenciación adecuada entre diferentes tipos de lesiones del SNC y de los grados II, III y IV en tumores gliales. A partir de la mejor localización del volumen único en la región de máxima celularidad, se han encontrado los cocientes de metabolitos cuyo análisis combinado permiten la separación entre grado II, II y IV en tumores gliales. El programa CADS permite: i) la transformación automática de los espectros de volumen único; ii) control de la calidad de los espectros in vivo de volumen único; iii) análisis comparativo cualitativo entre espectros de diversos tipos de lesiones del SNC; iv) clasificación automática de tumores del SNC, en particular el nivel de agresividad. Se ha desarrollado un sistema de imagen nosológica, a partir de los perfiles metabólicos de diferentes regiones tumorales y no afectas mediante ERMI, que permite, de forma automática, la localización de vóxeles con tejido infiltrado. Se ha encontrado una muy buena correlación entre los perfiles metabólicos ex vivo obtenido mediante HRMAS y los tipos de tejido, con una nítida separación entre necrosis, elevada celularidad y tejido periférico tumoral. Se ha demostrado la posibilidad y capacidad para realizar estudios anatómicos y metabólicos mediante Microscopía de Resonancia Magnética (MRM) en biopsias no tratadas de tejido tumoral del SNC sumergidas en PBS y sin fijación alguna. Los datos multimodales obtenidos mediante las tres técnicas Microscopía de RM, Espectroscopía de RM y Microscopía Óptica (MRM, ERM y MO) ofrecen información complementaria y concurrente sobre las características de los tejidos para el estudio de tumores humanos del SNC.