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.

Características estruturais de ácidos húmicos isolados de solos com adição de resíduos orgânicos de origem urbana: composição elementar, análise de RMN 13C e Pi-CG/EM

Foram avaliadas as alterações nas características estruturais de ácidos húmicos (AH) decorrentes da adição de matéria orgânica de resíduos urbanos. Os AH foram extraídos da camada superficial (0-20 cm) de um Argissolo Vermelho-Amarelo (Seropédica, RJ) e de um Latossolo Vermelho Amarelo (Piraí, RJ), ambos tratados com o equivalente a 80 t ha-1 (em base seca) de composto de lixo urbano e lodo de estação de tratamento de esgotos. O tempo de incubação em laboratório foi de 24 semanas à temperatura ambiente e umidade mantida na capacidade de campo. Para caracterizar os AH, foram utilizadas a análise elementar, a ressonância magnética nuclear (RMN) de 13C e Pirólise acoplada à cromatografia gasosa e a espectrometria de massas (Pi-CG/EM). A análise de RMN 13C permitiu observar alterações na composição molecular dos AH de forma clara, principalmente, pelo aumento do teor de C mono e di oxigenados (δC 50-110) e pela diminuição dos teores de grupos CH2 e CH3 (δC 50-110). O aumento no teor de carboidratos evidencia a presença de estruturas mais lábeis nos AH com adição dos resíduos. Em adição, a técnica de Pi-CG/EM permitiu verificar diferenças qualitativas significativas nos compostos orgânicos, provenientes da fragmentação térmica dos AH com incorporação de novas estruturas, sobretudo da fração lipídica e de derivados de carboidratos (furanos), nas amostras de solos tratados com ambos os resíduos orgânicos. O uso em conjunto das técnicas analíticas de RMN 13C e de Pi-CG/EM foi eficiente para avaliar as mudanças na composição molecular de ácidos húmicos decorrentes da adição de resíduos orgânicos de origem urbana.

Fósforo num Cambissolo cultivado com cana-de-açúcar por longo tempo: II - análise de ácidos húmicos por RMN 31P

Sistemas de manejo da lavoura de cana-de-açúcar que favoreçam a matéria orgânica do solo podem aumentar o conteúdo de nutrientes disponíveis e diminuir a necessidade de aplicação de fertilizantes industriais. Apesar da importância dos componentes orgânicos no fornecimento de P, pouco se conhece sobre a sua dinâmica em ambientes tropicais. O objetivo deste trabalho foi identificar, por meio da ressonância magnética nuclear (RMN 31P), as espécies de P nos ácidos húmicos de um Cambissolo Háplico Ta eutrófico vértico, localizado no Município de Campos dos Goytacazes, norte do Estado do Rio de Janeiro, e cultivado com cana-de-açúcar com preservação do palhiço e adição de vinhaça por longo tempo. Por meio da análise de RMN 31P foi possível observar acúmulo de P orgânico em formas mais facilmente mineralizadas nas áreas com preservação de matéria orgânica, tal como P em ligações diésteres. Nas áreas de cana queimada, houve maior participação de espécies orgânicas mais estáveis, como o ortofosfato em ligações monoésteres. Os resultados da espectroscopia de RMN 31P mostram que, nas áreas com maior aporte de resíduo orgânico (i.e., cana crua e cana queimada com adição de vinhaça), os ácidos húmicos constituem uma reserva importante de P orgânico prontamente disponível. Já, nas áreas de cana queimada, o acúmulo de P orgânico recalcitrante nos ácidos húmicos indica utilização do P-lábil das substâncias húmicas como fonte importante para nutrição das plantas.

Estoque e qualidade da matéria orgânica de um solo cultivado com cana-de-açúcar por longo tempo

O objetivo deste trabalho foi avaliar o estoque e a qualidade da matéria orgânica (MOS) por meio de análises de ressonância magnética nuclear (RMN) de 13C no estado sólido de amostras intactas de solo e de ressonância paramagnética eletrônica (RPE) e fluorescência dos ácidos húmicos (AH) isolados de um Cambissolo cultivado com cana-de-açúcar por longo tempo. Numa situação, a cana-de-açúcar foi cultivada por 55 anos sem a queima por ocasião da colheita. A outra situação envolveu uma área cultivada com queima da palhada, na qual em uma parte foi realizada a adição de vinhaça (120 m³ ano-1) durante 35 anos e a outra não recebeu esse tratamento. O aumento no estoque de AH em 157 e 57 % nas camadas de 0-0,20 e 0,20-0,40 m, respectivamente, na área cultivada durante 55 anos com preservação do palhiço, correspondeu ao aumento observado no grau de aromaticidade e diminuição da acidez da MOS, obtido por RMN 13C. Nas áreas com manejos que envolviam a preservação da MOS foram obtidos AH com maior concentração de radicais livres do tipo semiquinona, determinada por RPE, e maior intensidade de emissão de fluorescência. Mudanças significativas no processo de humificação da MOS e, portanto, na sua qualidade foram decorrentes da preservação do palhiço por ocasião da colheita. Por sua vez, a adição de vinhaça durante 35 anos ao canavial no qual foi realizada a queima do palhiço não alterou significativamente a qualidade da MOS, sugerindo rápida evolução do material orgânico solúvel adicionado ao solo.

Eficiência do politungstato de sódio no fracionamento densimétrico da matéria orgânica do solo

Soluções de iodeto de sódio (NaI) e de politungstato de sódio (PTS) têm sido utilizadas, de forma indistinta, no fracionamento densimétrico da matéria orgânica (MO) do solo. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito desses dois produtos em soluções de mesma densidade (1,80 kg L-1), bem como do aumento da densidade da solução de PTS (2,0 e 2,2 kg L-1), na obtenção de C na fração leve (FL) da MO do solo. As características estruturais da FL obtida com as diferentes soluções também foram avaliadas por ressonância magnética nuclear do 13C (RMN-13C) neste estudo, o qual foi realizado com amostras da camada de 0-5 cm de dois solos brasileiros (PVd-Argissolo Vermelho e LVd-Latossolo Vermelho). A dispersão do solo foi realizada com ultra-som (250 J mL-1 no PVd e 450 J mL-1 no LVd); a suspensão de 20 g de solo e 80 mL-1 de solução foi centrifugada (2.000 g, 90 min), e a FL, obtida pela filtragem do sobrenadante em filtro de fibra de vidro, sendo o C desta fração analisado por combustão seca (Shimadzu TOC-V CSH). O uso da solução de PTS aumentou a recuperação de C da FL em 152 % no PVd e em 166 % no LVd, em comparação à solução de NaI de mesma densidade (1,8 kg L-1). O incremento da densidade da solução de PTS também aumentou a obtenção de C na FL, o qual foi mais expressivo na densidade de 1,8 para 2,0 kg L-1 (57 % em ambos os solos) do que de 2,0 para 2,2 kg L-1 (21 % no PVd e 5 % no LVd). Com base nos teores de Fe e C da fração argila, estimou-se que a contaminação da FL com C da fração argila, quando do uso das soluções de PTS, variou de 1,9 a 3,5 % no LVd e de 6,8 a 10,4 % no PVd, os quais foram considerados baixos perante o alto percentual de incremento na recuperação de C na FL. O incremento da razão C Alquil/C-O-alquil e do C-carbonila na análise de RMN-13C sugere incremento na recuperação de FL em estádios mais avançados de decomposição com o uso de PTS e incremento da densidade da solução, tendo sido esses resultados mais expressivos no LVd. Com base no incremento da obtenção de C e na baixa contaminação da FL com C da fração argila, recomenda-se o uso da solução de PTS 2,0 kg L-1 em estudos de fracionamento densimétrico da MO do solo.

Caracterização química e espectroscópica de ácidos húmicos e fúlvicos isolados da camada superficial de latossolos brasileiros

A determinação de características estruturais das substâncias húmicas (SH) é essencial para o entendimento do comportamento da química de superfície dos solos altamente intemperizados. Ácidos húmicos (AH) e fúlvicos (AF) obtidos no horizonte superficial de sete Latossolos de diferentes regiões do Brasil foram caracterizados mediante a análise da composição elementar, da acidez total e carboxílica, da capacidade de oxidação e por métodos espectroscópicos. As substâncias húmicas apresentaram elevado grau de oxidação, acidez e massa molecular relativamente baixas, caracterizando a matéria orgânica alcalina solúvel como bastante reativa. Os AF apresentaram menor teor de C e maior de O do que os AH. Foram observados valores elevados da relação entre absorvância em 465 e 665 nm (E4/E6) e a massa molar média foi estimada em 1.106 e 618 g mol-1 para AH e AF, respectivamente. A menor massa molar estimada para os AF foi compatível com sua menor complexidade química revelada pelos espectros de IV-TF, que apresentaram menor número de bandas de absorção bem definidas. A ressonância magnética nuclear (RMN ¹H) mostrou a presença de H mais hidrofóbico nos AH e de H ligado a átomos de O em maior quantidade nos AF, compatível com sua maior acidez e, portanto, solubilidade em qualquer valor de pH. Apesar da mesma funcionalidade química encontrada tanto nos AH como nos AF, a análise estatística permitiu separar a maioria desses ácidos, indicando a presença de frações humificadas de natureza química individual.

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.