Aproximación a la caracterización morfológica y molecular por IRM y ERM de la respuesta a la terapia en modelos pre-clínicos de glioma

Abstract

La memoria del trabajo describe en detalle la estrategia seguida para mejorar a nivel preclínico la detección temprana de respuesta a la terapia en modelos animales de cáncer cerebral, más concretamente de tipo glioma. Así, la evolución de un tumor de tipo glioblastoma (glioma astrocítico de grado IV) inducible mediante inyección estereotáctica intracerebral a ratones C57BL/6 de células de la línea GL261 de ratón, ha sido caracterizada de manera no invasiva (mediante imágenes por RM, IRM) en cuanto a su aumento de volumen durante el tiempo de vida de los animales. Además, las curvas de supervivencia y la supervivencia promedio de estos ratones en ausencia de terapia han demostrado ser reproducibles y han permitido establecer el grupo control con el cual comparar el efecto de diversos agentes terapéuticos en la evolución del tumor. De los agentes y protocolos terapéuticos investigados, el más efectivo resultó ser, como era de esperar por la experiencia clínica previa, un agente alquilante del DNA, la Temozolomida (TMZ). La TMZ, en un protocolo de tres ciclos de administración, aumentó significativamente la supervivencia de los animales tratados, produciendo además una ralentización del crecimiento de los tumores durante una semana aproximadamente. Una vez establecido el modelo de respuesta a terapia, se investigó si alguna estrategia de imagen molecular basada en RM podía detectar dicha respuesta transitoria de los tumores a la terapia. Las dos principales estrategias de perturbación del metaboloma del tejido cerebral investigadas fueron la retención diferencial de dimetilsulfóxido (DMSO) y la variación del patrón espectral global tanto en condiciones de euglicemia como en hiperglicemia transitoria. En ambos casos se adquirieron imágenes moleculares de los tumores cerebrales antes, durante la respuesta a la terapia y al manifestarse la recidiva tumoral mediante imagen espectroscópica de RM (IERM). Finalmente, la información de las imágenes moleculares basadas en la perturbación con DMSO, aplicada a las imágenes moleculares previas a la perturbación en condiciones de euglicemia, permitió desarrollar un clasificador matemático que genera imágenes nosológicas de zonas que muestran respuesta a la terapia de tumores GL261. Este clasificador fue validado con éxito en un conjunto de datos independiente (tumores no utilizados para desarrollar el clasificador). Además, la tesis ha permitido avanzar en paralelo con la caracterización mediante IRM/ERM/IERM de otros modelos preclínicos de glioma (ratones modificados genéticamente que desarrollan oligodedndrogliomas de manera espontánea, y glioblastomas humanos desarrollados en animales inmunodeprimidos, nude mice), para poder aplicar en un futuro estrategias de predicción y seguimiento de la respuesta a la terapia.

This work describes in detail the strategy followed for improving the early response to therapy detection in brain tumors at preclinical level. Animal models of brain tumors, specifically glioma models, have been used for this purpose. The evolution of a high grade glioma model (glioblastoma (GBM), IV grade), induced by estereotatic injection of GL261 cells into the striatum of C57BL/6 WT mice, has been characterized using a non-invasive technique, consisting on MR images (MRI). Tumor volume growth rate and animal survival curves have been proved to be reproducible and have been used for establishing a control group for comparing the effect of different therapeutic agents on tumor evolution. Among all the agents investigated, the most effective was Temozolomide (TMZ), an oral alkylating agent commonly used in clinical trials for GBM treatment. A three cycle protocol using TMZ improves the survival rate of treated animals in comparison with the control group. This protocol also affects tumor growth rate, slowing down tumor evolution for a seven days period. After developing the appropriate response to therapy model, different molecular imaging strategies based on MR were investigated to determine if any of them could detect the transitory tumor response to therapy. The main strategies studied were the differential retention of dimethyl sulfoxide (DMSO) and global changes detected in the spectral pattern of tumors in euglicemia and after a hyperglicemic challenge. In both cases, molecular images from the tumors were acquired before, during the response to therapy and at tumor recurrence, using MR spectroscopic imaging (MRSI). Finally, the information obtained from molecular images based on DMSO perturbation (perturbation enhanced MRSI) was applied in euglicemic conditions for developing a mathematical classification system which generates nosologic images for GL261 tumors that show response to TMZ treatment. This classification system was successfully validated with an independent test set of data (tumors that were not used previously for developing the system). In addition, this work has also advanced in the characterization by MRI/MRS/MRSI of other preclinical glioma models (genetically engineered mice which spontaneously develop oligodendrogliomas, and immunosuppressed mice which develop human GBM) for a possible application in the future in tumor response to therapy prediction and follow up strategies.