Contribució a la millora del diagnòstic i de la valoració pronòstica de tumors cerebrals humans

Abstract

Els tumors cerebrals humans són relativament freqüents a persones d'edat avançada. El seu correcte diagnòstic té gran importància per garantir procediments terapèutics o decisió clínica adequats. <br/>La espectroscòpia per ressonància magnètica nuclear in vivo és una eina per al diagnòstic no invasiu amb gran potencial davant la sospita de lesió intracerebral. Es pot adquirir en la mateixa exploració que les imatges per ressonància magnètica amb un petit augment del temps total. En canvi, l'espectroscòpia d'alta resolució ha estat molt utilitzada en l'anàlisis d'extractes de metabòlits de biòpsies tumorals o bé de fluids corporals per a una millor resolució i separació dels diferents components moleculars de la mostra. <br/>Aquesta tesi tracta de l'anàlisi in vivo i in vitro de patrons espectrals de tumors cerebrals humans i també de lesions cístiques associades a aquests tumors. L'anàlisi d'espectres in vivo ha emprat també la metodologia de reconeixement de patrons espectrals. <br/>En l'estudi de lesions cístiques, hem desenvolupat un classificador automàtic basat en patrons espectrals in vivo per distingir entre lesions malignes, benignes i abscessos. Els líquids cístics han estat estudiats quimicament. S'han detectat àcid siàlic i àcid hexurònic, compostos moltes vegades presents a elements macromoleculars de matriu extracel·lular. S'han realitzat extraccions de metabòlits solubles en àcid perclòric (PCA) dels líquids per observar-ne el patró espectral. Els principals resultats d'aquest apartat són que el senyal observat in vivo a 2,03 ppm, generalment associat a N-acetilaspartat, correspon en bona part a un element macromolecular, possiblement siàlic associat a proteïnes. <br/>S'han analitzat els patrons in vivo i en dissolucions model a camp clínic (1,5 Teslas) de mio-inositol i glicina, donada la seva importància en la gradació de tumors astrocítics i en la discriminació d'altres tipus tumorals com hemangiopericitomes i meningiomes, i s'ha dissenyat una corba de calibració amb dissolucions model per determinar les quantitats relatives de cadascun a l'espectre in vivo. Això permetrà la comparació d'aquests valors amb els obtinguts a l'anàlisi de biòpsies in vitro. En aquest apartat, s'ha comprovat que la quantitat relativa de mio-inositol disminueix amb l'augment del grau tumoral. <br/>També es van plantejar, a l'anàlisi de patrons espectrals a camp clínic, fórmules discriminatòries experimentals ("classificadors"), com la basada en mio-inositol/glicina i lípids per a discriminar glioblastoma de metàstasis amb una millora de la discriminació diferencial per 22% dels casos de glioblastoma. <br/>Les anàlisis in vitro s'han fet mitjançant extraccions de metabòlits solubles en PCA amb posterior avaluació del patró espectral mitjançant una anàlisi estadística, per detectar metabòlits útils en la discriminació futura de tipus tumorals difícils de diferenciar en exploracions in vivo. A més, s'han realitzat tests preliminars de reconeixement de patrons espectrals in vitro. S'han obtingut les evidències per entendre les diferències observades in vivo. Finalment, la detecció de concentracions de glicina in vivo als tumors astrocítics de grau baix, més reduïda que la obtinguda in vitro, suggereix una restricció de la mobilitat de la glicina al teixit intacte, possiblement degut a la seva associació amb macromolècules cel·lulars. <br/>A més, aquesta Tesi també tracta de la col·laboració al desenvolupament d'una eina d'auxili al diagnòstic de tumors cerebrals, basada en patrons espectrals de RMN de 1H, anàlisi d'imatges per ressonància magnètica, anatomies patològiques i dades clíniques, associada al projecte INTERPRET (International Network for Pattern Recognition of Tumours using Magnetic Resonance, http://carbon.uab.es/INTERPRET). Aquesta eina es troba en procés de certificació industrial i està sent sotmesa a avaluació en diferents centres clínics.

Human cerebral tumours are relatively frequent neoplasms. access to closed cranial spaces is difficult and then proper diagnositc is important to ensure correct therapeutic proceedings.<br/>In vivo magnetic resonance spectroscopy is an important diagnostic tool for abnormal intracraneal masses. Spectra can be acquired in the same magnetic resonance imaging exploration, with little additional time. On the other hand, high resolution spectroscopy, by another hand, has been widely used in perchloric extracts analysis and for body liquids and fluids to achieve a better resolution and separation of different sample compounds. <br/>This thesis deals with the in vivo and in vitro analyses of spectral patterns of human cerebral tumours and also cystic lesions associated with these tumours or with infectious abscesses. Pattern recognition techniques have also been applied to in vivo spectral analyses of data. <br/>We have developed an automatized classifier based in the spectral pattern recorded in vivo from cystic lesions to distinguish between malignant and benign tumours and abscesses. Cystic fluids have also been chemically analysed and we have found sialic and hexuronic acids, often present in macromolecular components of the extracellular matrix. We have also carried out perchloric acid (PCA) extraction of soluble metabolites of cyst fluids to characterize its spectral pattern. Main results of this part were that the 2,03 ppm signal in vivo, generally attributed to N-acetyl aspartate, is mainly due to a macromolecular component, possibly protein-bound sialic acid. <br/>Furthermore, we have analysed in vivo and model solution spectral patterns (clinical field, 1,5 Teslas) of myo-inositol (mI) and glycine (gly), due to their possible importance in astrocytic tumour grading and also for discrimination of other tumoral types as hemangioperycitomas and meningiomas. We have also designed a calibration curve with model solutions to calculate de mI/gly in in vivo spectra. This has allowed comparison of these values with in vitro ones, obtained from biopsy PCA extractanalyses. In this part, we have verified that the relative concentration of myo-inositol decreases with increasing tumoral grade. <br/>In in vivo spectral pattern analysis, we have also proposed experimental discriminative formulas (classifiers), as one based in myo-inositol/glycine and lipids, to discriminate glioblastomas from metastasis with an improvement of discrimination in 22% of the glioblastoma cases. <br/>In vitro analyses have been carried out with PCA-soluble metabolites, with further evaluation of spectral pattern by means of statistical analyses, in order to detect metabolites potentially useful in discrimination of tumoral types difficult to be performed in toward?¿? clinical practice. Moreover, preliminary studies with pattern recognition techniques on the in vitro data have been started. These studies will provide evidence-based facts to understand the in vivo detected differences. We have confirmed previous results, such as the high myo-inositol concentration in hemangioperycitomas, being a very important differential diagnostic feature. Finally, detection of the in vivo apparent glycine concentration in astrocytic tumours, lower than the in vitro detected concentration, suggests a reduction of glycine mobility in intact tissue, possibly due to its association with cell macromolecules. <br/>This thesis also describes the collaboration in the development of a decision-support-system to aid cerebral tumour diagnosis, based in 1H-RMN spectral patterns, magnetic resonance imaging analysis, anatomical pathology and clinical data, associated to the INTERPRET project (International Network for Pattern Recognition of Tumours using Magnetic Resonance, http://carbon.uab.es/INTERPRET). This system is presently in process of industrial certification and its performance is being evaluated at several clinical centres.