Sondas moleculares basadas en radioisótopos: MT1-MMP como diana para el diagnóstico oncológico

Marta Ibáñez Moragues

Unidad de Aplicaciones Biomédicas y Farmacocinética, CIEMAT

 

El uso de anticuerpos como sondas PET, junto con la imagen multimodal, pueden dar información morfológica y funcional in vivo, muy específica a nivel molecular para entender mejor ciertas patologías.

Este año se cumplen 121 años del descubrimiento de la radiactividad. Fue en 1896 cuando Becquerel presenció este fenómeno y se produjo el auge de su estudio hasta llegar a nuestros días. La radiactividad es la capacidad de algunos elementos de emitir radiaciones, que consisten en la emisión, propagación y transferencia de energía en cualquier medio en forma de ondas electromagnéticas o partículas. Esta propiedad que tienen los radioisótopos o radionúclidos se utiliza actualmente para diversas aplicaciones que van desde el uso de trazadores en estudios de procesos físicos, químicos y biológicos, hasta la datación de la edad de diversos materiales. Incluso en terapia génica se pueden utilizar radionúclidos para monitorizar el proceso de modificación genética en sujetos vivos de forma no invasiva, permitiendo conocer la localización, magnitud y variación a través del tiempo de la expresión génica utilizando genes reporteros (transportadores, receptores de membrana o productos enzimáticos) asociados a los genes terapéuticos (Peñuelas, 2005).

La Unidad de Aplicaciones Biomédicas y Farmacocinética del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), ubicado en Madrid, y dirigida por el Dr. Miguel Ángel Morcillo Alonso es uno de los laboratorios de investigación en España que se centra en la producción y utilización de radioisótopos para el desarrollo preclínico de potenciales agentes terapéuticos y de diagnóstico para diversas enfermedades, fundamentalmente oncológicas. Para ello, se utilizan ensayos en líneas celulares y estudios de imagen molecular mediante tomografía por emisión de positrones/tomografía computarizada (PET/CT). También se desarrollan estudios de administración, distribución, metabolismo y excreción (ADME) de moléculas de interés biomédico en modelos animales, todos ellos en colaboración tanto con grupos internos como externos.

Laboratorio de marcaje molecular y de imagen de la Unidad de Aplicaciones Biomédicas y Farmacocinética del CIEMAT.

El uso de la imagen molecular multimodal PET/CT permite el estudio de procesos moleculares en un organismo de forma morfológica y funcional, permitiendo detectar o seguir un tumor o recurrencia y monitorizar la eficacia de un tratamiento ofreciendo información cualitativa y cuantitativa. Aprovechando esta herramienta, actualmente nuestro laboratorio está implicado en el estudio de la metaloproteinasa de membrana tipo 1 (MT1-MMP) como posible diana para el diagnóstico oncológico efectivo. La MT1-MMP o también llamada MMP-14 está sobreexpresada en diversos tipos de células cancerosas y está implicada en procesos de progresión, migración y angiogénesis, ya que aumenta la capacidad de degradar la matriz extracelular y cambiar el nicho tumoral.

Entre las enfermedades oncológicas en las que esta metaloproteinasa está aumentada se encuentra el glioma, un tumor cerebral desarrollado a partir de células gliales. Mediante análisis inmunohistoquímico (IHQ) se ha valorado la utilidad de MT1-MMP como biomarcador del glioma en diferentes muestras humanas utilizando el anticuerpo LEM2/15 (de unión específica a la MT1-MMP). Los resultados muestran que existe una correlación entre la expresión de la proteína y la progresión tumoral, siendo el glioblastoma (GBM), uno de los tumores con mayor expresión de la proteína (de Lucas, 2016).

El GBM es un glioma de alto grado (IV) que se presenta en cerebros de adultos y que tiene un peor pronóstico. Las formas actuales de detección del GBM no permiten identificar el grado tumoral, la invasión de tejidos adyacentes y las recurrencias. Esto se podría mejorar utilizando la InmunoPET, en la cual se combina la alta resolución y la capacidad cuantitativa del PET con la especificidad y selectividad de los anticuerpos monoclonales frente a una proteína de expresión exclusiva o mayoritaria en la superficie de la célula tumoral. Esta combinación hace que la InmunoPET sea comparable a realizar una IHQ in vivo, integrada, cuantificable, en tres dimensiones y de cuerpo completo permitiendo el diagnóstico y monitorización de los pacientes a lo largo del tiempo de una forma no invasiva. Por tanto, el LEM2/15, una vez marcado con un radioisótopo, podría ser un buen  candidato para el estudio del GBM por su alta especificidad.

Según el tipo de molécula de interés se realiza la elección del radioisótopo. El 89Zr (T1/2 = 78,4 h) ha sido elegido por su estabilidad y periodo de semidesintegración adecuado para obtener una óptima señal de la unión del anticuerpo a su diana para unirlo a este último se ha usado como agente quelante un derivado de deferoxamina (DFO). Con el radiotrazador 89Zr-DFO-LEM2/15 se han realizado estudios de biodistribución, farmacocinética y de imagen PET/CT (de Lucas, 2016).

Representación esquemática del proceso de obtención de la imagen PET. (a) Creación de radionúclidos por generador o ciclotrón. (b) Radiosíntesis de la molécula de interés marcada con el radionúclido. (c) Inyección intravenosa de la molécula que se distribuye por el organismo. El radionúclido decae por emisión de un positrón que se aniquila con un electrón cercano y produce dos rayos gamma (fotones) en direcciones opuestas, que se detectan por los detectores opuestos de la cámara PET. (d) Los eventos radiactivos detectados de forma significativa se reconstruyen por algoritmos matemáticos dando una imagen tridimensional que muestra la captación tisular de las moléculas emisoras de positrones. (Adaptada de Lancelot S, 2010).

 

Los estudios de imagen molecular se han llevado a cabo en ratones xenograft subcutáneos de glioma implantados con dos tipos celulares distintos (las U251 que expresan MT1-MMP y las MCF7 que no lo hacen y se utilizan como control) y se observa unión especifica de anticuerpo a la zona tumoral implantada con las U251. Además se ha realizado el mismo estudio en ratones xenograft ortotópicos con tumores intracraneales para observar si el uso del anticuerpo puede ser de utilidad para el glioma in situ. Como control se ha utilizado otro anticuerpo de unión inespecífica (IgG1) y los resultados muestran  la eficacia y especificidad de LEM2/15 en los casos en los que se ha utilizado tumores derivados de pacientes de la neuroesfera TS543, que son los más agresivos y más han afectado a la permeabilidad de la barrera hematoencefálica. La captación que se produce al utilizar el radiotrazador control (89Zr-DFO-IgG) puede deberse al efecto aumentado de permeabilidad y retención (EPR) que experimentan los tumores (de Lucas, 2016).

sondas moleculares

Imágenes representativas PET/CT de ratones xenograft ortotópicos que contienen neuroesferas derivadas de pacientes TS543 con GBM, a los 2 días y 4 días de la inyección del radiotrazador 89Zr-DFO-LEM2/15 (panel izquierdo) y 89Zr- DFO-IgG1 como control (panel derecho). Adaptada de (de Lucas, 2016).

Un anticuerpo, por su tamaño, no puede cruzar la barrera y es por esto que nos encontramos con el anterior resultado. Para solucionarlo se valora la creación de fragmentos de anticuerpo u otras moléculas más pequeñas (como péptidos) que se eliminarán de forma rápida del organismo y que además, permitirán el uso de radioisótopos con menor periodo de semidesintegración, como el 68Ga (T1/2 = 67,845 min), disminuyendo así la dosis radiactiva recibida por el paciente.

La creación de un método de seguimiento y detección de la expresión de MT1-MMP ha sido evaluado también en el adenocarcinoma ductal de páncreas, en el que también se ha valorado la utilidad del anticuerpo LEM2/15 en diferentes tipos de modelos animales.

Estas técnicas se realizan en una instalación radiactiva y  se necesita el suministro de los radioisótopos para crear los radiotrazadores. La obtención de estos puede suponer un problema ya que pueden tener una vida media demasiado corta para transportarlos o pueden ser costosos económicamente por lo que  en la unidad se ha desarrollado un generador de 68Ge/68Ga que permite obtener el radioisótopo 68Ga de forma inmediata (Romero, 2017). También se encuentra en desarrollo un generador de 44Ti/44Sc y que podrá utilizarse, al igual que el de 68Ga, como elemento para imagen molecular PET. Otra forma de obtener los radioisótopos es mediante ciclotrón, que se encuentra en construcción en la instalación radiactiva donde desarrolla su trabajo la Unidad y que permitirá en el futuro el uso de una mayor variedad de isótopos emisores de positrones para realizar nuevos estudios de biodistribución e imagen.

Para más información sobre nuestra unidad: http://rdgroups.ciemat.es/web/radiobiomed

Bibliografía:

de Lucas AG, et al. Targeting MT1-MMP as an ImmunoPET-Based Strategy for Imaging Gliomas. PLoS ONE. 2016. 11(7): e0158634. doi: 10.1371/journal.pone.0158634

Lancelot S, Zimmer L. Small-animal positron emission tomography as a tool for neuropharmacology. Trends Pharmacol Sci. 2010. 31; 9: 411 – 417. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.tips.2010.06.002

Peñuelas I, et al. Gene therapy imaging in patients for oncological applications. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2005. 32:S384-S403. doi: 10.1007/s00259-005-1928-3

Romero E, Morcillo MA. Inorganic oxides with potential application in the preparation of a 68Ge/68Ga generator system. Appl Radiat Isot 119, 28-35.(2017). doi. http://dx.doi.org/10.1016/j.apradiso.2016.10.014

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