Hypoxia and vasculature in models of lung cancer: implications for targeted therapeutics

Estudi realitzat a partir d’una estada a la Stanford University School of Medicine. Division of Radiation Oncology, Estats Units, entre 2010 i 2012. Durant els dos anys de beca postdoctoral he estat treballant en dos projectes diferents. En primer lloc, i com a continuació d'estudis previs del grup, volíem estudiar la causa de les diferències en nivells d'hipòxia que havíem observat en models de càncer de pulmó. La nostra hipòtesi es basava en el fet que aquestes diferències es devien a la funcionalitat de la vasculatura. Vam utilitzar dos models preclínics: un en què els tumors es formaven espontàniament als pulmons i l'altre on nosaltres injectàvem les cèl•lules de manera subcutània. Vam utilitzar tècniques com la ressonància magnètica dinàmica amb agent de contrast (DCE-MRI) i l'assaig de perfusió amb el Hoeschst 33342 i ambdues van demostrar que la funcionalitat de la vasculatura dels tumors espontanis era molt més elevada comparada amb la dels tumors subcutanis. D'aquest estudi, en podem concloure que les diferències en els nivells d'hipòxia en els diferents models tumorals de càncer de pulmó podrien ser deguts a la variació en la formació i funcionalitat de la vasculatura. Per tant, la selecció de models preclínics és essencial, tant pels estudi d'hipòxia i angiogènesi, com per a teràpies adreçades a aquests fenòmens. L'altre projecte que he estat desenvolupant es basa en l'estudi de la radioteràpia i els seus possibles efectes a l’hora de potenciar l'autoregeneració del tumor a partir de les cèl•lules tumorals circulants (CTC). Aquest efecte s'ha descrit en alguns models tumorals preclínics. Per tal de dur a terme els nostres estudis, vam utilitzar una línia tumoral de càncer de mama de ratolí, marcada permanentment amb el gen de Photinus pyralis o sense marcar i vam fer estudis in vitro i in vivo. Ambdós estudis han demostrat que la radiació tumoral promou la invasió cel•lular i l'autoregeneració del tumor per CTC. Aquest descobriment s'ha de considerar dins d'un context de radioteràpia clínica per tal d'aconseguir el millor tractament en pacients amb nivells de CTC elevats.

Mapeo cerebral en el paciente despierto en las resecciones de tumoraciones cerebrales supratentoriales. Metodología, eficacia y seguridad de la técnica.

Estudio prospectivo sobre la realización de cirugía cerebral con el paciente despierto para la exéresis de lesiones cerebrales que afectan o se encuentran cerca de áreas elocuentes (área motora, sensitiva, del lenguaje y visual). El trabajo se centra en los grados de resección que se consiguen en esta clase de cirugía, metodología a seguir, tolerancia de los pacientes, evolución de la sintomatología tras la cirugía y complicaciones intra y postoperatorios.

Characterization of myocardial deformation in patients with different etiologies of left ventricular hypertrophy by using strain distribution from Magnetic Resonance Imaging

Introducción y objetivos. Se ha señalado que, en la miocardiopatía hipertrófica (MCH), la desorganización de las fibras regionales da lugar a segmentos en los que la deformación es nula o está gravemente reducida, y que estos segmentos tienen una distribución no uniforme en el ventrículo izquierdo (VI). Esto contrasta con lo observado en otros tipos de hipertrofia como en el corazón de atleta o la hipertrofia ventricular izquierda hipertensiva (HVI-HT), en los que puede haber una deformación cardiaca anormal, pero nunca tan reducida como para que se observe ausencia de deformación. Así pues, proponemos el empleo de la distribución de los valores de strain para estudiar la deformación en la MCH. Métodos. Con el empleo de resonancia magnética marcada (tagged), reconstruimos la deformación sistólica del VI de 12 sujetos de control, 10 atletas, 12 pacientes con MCH y 10 pacientes con HVI-HT. La deformación se cuantificó con un algoritmo de registro no rígido y determinando los valores de strain sistólico máximo radial y circunferencial en 16 segmentos del VI. Resultados. Los pacientes con MCH presentaron unos valores medios de strain significativamente inferiores a los de los demás grupos. Sin embargo, aunque la deformación observada en los individuos sanos y en los pacientes con HVI-HT se concentraba alrededor del valor medio, en la MCH coexistían segmentos con contracción normal y segmentos con una deformación nula o significativamente reducida, con lo que se producía una mayor heterogeneidad de los valores de strain. Se observaron también algunos segmentos sin deformación incluso en ausencia de fibrosis o hipertrofia. Conclusiones. La distribución de strain caracteriza los patrones específicos de deformación miocárdica en pacientes con diferentes etiologías de la HVI. Los pacientes con MCH presentaron un valor medio de strain significativamente inferior, así como una mayor heterogeneidad de strain (en comparación con los controles, los atletas y los pacientes con HVI-HT), y tenían regiones sin deformación.

Extracción de características para la clasificación de estados cognitivos a partir de imágenes FMRI

L’estudi de les funcions cerebrals humanes s’ha incrementat enormement durant els últims anys donada l’aparició de les imatges funcionals de ressonància magnètica (FMRI). Mentre que la tècnica s’ha emprat principalment en la localització de diferents funcions cerebrals, el problema de classificació d’estats cognitius ha estat poc explorat. L’estudi d’aquest problemaés important perquè pot servir com a eina per a detectar i seguir processoscognitius (seqüències d’estats cognitius) amb la finalitat de diagnosticarproblemes en el moment d’executar una tasca complexa.En aquest treball s’investiguen diferents aproximacions per a detectar l’estat cognitiu d’una persona prenent com a base la seva imatge de ressonància magnètica. En particular, s’han investigat varis mecanismes de sel·lecció de característiques així com mètodes d’aprenentatge automàtic pelproblema de la discriminació d’estats cognitius procedents d’estimuls auditius.Es presenten els resultats d’un estudi sobre estímuls musicals.

Correlació entre resposta radiològica i resposta patològica en pacients amb càncer de mama tractades amb quimioteràpia neoadjuvant.

En pacients amb càncer de mama la ressonància magnètica és superior a altres exploracions per a monitoritzar la resposta a la quimioteràpia neoadjuvant. Analitzem la correlació entre resposta completa radiològica(RCr) valorada amb RM i resposta completa patològica (RCp), globalment i en funció dels diferents immunofenotips. Es tracta d´un estudi clínic, retrospectiu, on s´han inclòs 103 pacients tractades amb quimioteràpia neoadjuvant. Totes les pacients incloses disposaven de RM inicial i de RM post-quimioteràpia. La sensibilitat de la RM per a detectar RCp és d´un 82% i l´especificitat d´un 71%. El valor de sensibilitat més alt, del 100%, s´ha objectivat en els tumors triple negatius. La concordança global entre RCr i RCp és d´un 74%.

Pacientes con Enfermedad de Alzheimer Presenil: Hallazgos con RM de alto campo (3T).

La enfermedad de Alzheimer (EA) Presenil se inicia antes de los 65 años, y ha sido relacionada con una diferente presentación clínica a la EA senil. En neuroimagen, se ha descrito un patrón de atrofia cerebral concordante con las diferencias clínicas. Se realizaron estudios de RM cerebral de alto campo (3T) a pacientes con EA presenil, EA senil y controles, que se procesaron para valorar diferencias en el grosor cortical. Se obtuvieron diferencias estadísticamente significativas de grosor cortical en entre los tres grupos, observando patrones diferenciados que son congruentes con lo descrito en la literatura previa.

Medida de acoplamientos dipolares residuales en moléculas orgánicas

En aquest treball es descriu la preparació i l’ús d’un gel comprimit de polimetilmetacrilat (PMMA) com a mitjà d’alineament anisotròpic necessari per a la mesura de constants d’acoplament dipolars residuals (RDCs) mitjançant espectroscopia de Resonància Magnètica Nuclear (RMN). S’ha estudiat la variació del grau d’ordre del mitjà en funció de la seva compressió axial i s’han implementat diferentes versions de l’experiment HSQC amb la intenció de determinar quins mètodes són els més idonis per a la mesura de RDCs en termes de sensibilitat, resolució i precissió. El mètode s’ha aplicat en l’estudi conformacional de l’ibuprofen.

A fully-automatic caudate nucleus segmentation of brain MRI: application in volumetric analysis of pediatric attention-deficit/hyperactivity disorder

Background Accurate automatic segmentation of the caudate nucleus in magnetic resonance images (MRI) of the brain is of great interest in the analysis of developmental disorders. Segmentation methods based on a single atlas or on multiple atlases have been shown to suitably localize caudate structure. However, the atlas prior information may not represent the structure of interest correctly. It may therefore be useful to introduce a more flexible technique for accurate segmentations. Method We present Cau-dateCut: a new fully-automatic method of segmenting the caudate nucleus in MRI. CaudateCut combines an atlas-based segmentation strategy with the Graph Cut energy-minimization framework. We adapt the Graph Cut model to make it suitable for segmenting small, low-contrast structures, such as the caudate nucleus, by defining new energy function data and boundary potentials. In particular, we exploit information concerning the intensity and geometry, and we add supervised energies based on contextual brain structures. Furthermore, we reinforce boundary detection using a new multi-scale edgeness measure. Results We apply the novel CaudateCut method to the segmentation of the caudate nucleus to a new set of 39 pediatric attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) patients and 40 control children, as well as to a public database of 18 subjects. We evaluate the quality of the segmentation using several volumetric and voxel by voxel measures. Our results show improved performance in terms of segmentation compared to state-of-the-art approaches, obtaining a mean overlap of 80.75%. Moreover, we present a quantitative volumetric analysis of caudate abnormalities in pediatric ADHD, the results of which show strong correlation with expert manual analysis. Conclusion CaudateCut generates segmentation results that are comparable to gold-standard segmentations and which are reliable in the analysis of differentiating neuroanatomical abnormalities between healthy controls and pediatric ADHD.

Nuclear magnetic resonance

This article reviews the principles and methods of nuclear magnetic resonance spectroscopy, and gives examples of applications carried out at ourFacility, which illustrate the capabilities of the technique.

Polychlorinated trityl radicals for dynamic nuclear polarization: the role of chlorine nuclei

Polychlorinated trityl radicals bearing carboxylate substituents are water soluble persistent radicals that can be used for dynamic nuclear polarization. In contrast to other trityl radicals, the polarization mechanism differs from the classical solid effect. DFT calculations performed to rationalize this behaviour support the hypothesis that polarization is transferred from the unpaired electron to chlorine nuclei and from these to carbon by spin diffusion. The marked differences observed between neutral and anionic forms of the radical will be discussed.

Long-lived States in an intrinsically disordered protein domain

Long-lived states (LLS) are relaxation-favoured eigenstates of J-coupled magnetic nuclei. LLS were measured, along with classical 1H and 15 N relaxation rate constants, in aminoacids of the N-terminal Unique domain of the c-Src kinase (USrc), which is disordered in vitro under physiological conditions. The relaxation rates of LLS are a probe for motions and interactions in biomolecules. LLS of the aliphatic protons of glycines, with lifetimes ca. four times longer than their spin-lattice relaxation times, are reported for the first time in an intrinsically disordered protein domain (IDP). LLS relaxation experiments were integrated with 2D spectroscopy methods, further adapting them for studies on proteins.

Meta-structure correlation in protein space unveils different selection rules for folded and intrinsically disordered proteins

The number of existing protein sequences spans a very small fraction of sequence space. Natural proteins have overcome a strong negative selective pressure to avoid the formation of insoluble aggregates. Stably folded globular proteins and intrinsically disordered proteins (IDP) use alternative solutions to the aggregation problem. While in globular proteins folding minimizes the access to aggregation prone regions IDPs on average display large exposed contact areas. Here, we introduce the concept of average meta-structure correlation map to analyze sequence space. Using this novel conceptual view we show that representative ensembles of folded and ID proteins show distinct characteristics and responds differently to sequence randomization. By studying the way evolutionary constraints act on IDPs to disable a negative function (aggregation) we might gain insight into the mechanisms by which function - enabling information is encoded in IDPs.