El I3M y la tecnología que ha revolucionado la cirugía convencional

El Instituto de Instrumentación para la Imagen Molecular (I3M) investiga y desarrolla nuevas técnicas científicas para aplicaciones de imagen en el ámbito biomédico. 

Las enfermedades oncológicas están entre las primeras 5 causas de muerte a nivel mundial, según estudios realizados por la Organización Mundial de la Salud (OMS). Este padecimiento solo es superado por problemas cardíacos, cerebrovasculares, enfermedades pulmonares obstructivas crónicas y de la vía respiratoria.

Según un comunicado de prensa, publicado a principios de febrero del 2017 por la OMS titulado “El diagnóstico temprano del cáncer salva vidas y reduce los costos de tratamiento”, cada año mueren de cáncer 8,8, millones de personas. Uno de los problemas es que muchos casos se diagnostican demasiado tarde, cuando es más difícil que el tratamiento de buen resultado.

Incidencia actual y previsión de incidencia de mujeres afectadas por cáncer de mama según la Asociación Española Contra el Cáncer (AECC):

Mama Total Incremento % Incremento
2012 25,215
2015 26,282 1067 4
2020 28,010 2795 11
2025 29,513 4298 17

El Instituto de Instrumentación para la Imagen Molecular (I3M) tiene objetivos muy sólidos en cuanto a la necesidad de un diagnóstico temprano y preciso para combatir al cáncer. El centro de investigación mixto, creado en el 2010 por la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), se encuentra ubicado en el campus de Vera de la UPV y su actividad principal consiste en la investigación y el desarrollo de nuevas técnicas de instrumentación científica para aplicaciones de imagen en el ámbito biomédico.

Origen

En el año 1993, el doctor Ángel Sebastiá Cortés creó el Grupo de Diseño de Sistemas Digitales, perteneciente al Departamento de Ingeniería Electrónica (DIE) de la Universidad Politécnica de Valencia. Entre las razones que llevaron a crear esta línea de investigación se encontraban: el hecho de que diversos profesores del departamento estaban trabajando y dirigiendo proyectos por separado en áreas similares y podían utilizar recursos comunes. Y que esta unión traería consigo la obtención de proyectos financiados por empresas de la Comunidad Valenciana y por instituciones públicas tanto autonómicas como nacionales. Como resultado del desarrollo de las líneas de investigación se generaría gran interés como apoyo a la docencia y también podía servir como apoyo de algún proyecto desarrollado por cualquier otra línea de investigación en el departamento.

Las líneas de trabajo iníciales incluían, básicamente, el diseño, estudio y desarrollo de sistemas con microprocesadores, microcontroladores y procesadores digitales de señal. También el diseño de sistemas digitales y de adquisición de datos utilizando buses normalizados (los elementos responsables de establecer una correcta comunicación entre dos o más dispositivos del ordenador). En el año 2000, el Grupo de Diseño de Sistemas Digitales, junto con otros grupos de la Universidad Politécnica de Valencia, crea el Instituto Universitario de Aplicaciones de las Tecnologías de la Información y de las Comunicaciones Avanzadas (ITACA).

Durante la última década, el grupo ha puesto en marcha una nueva línea de investigación centrada en el desarrollo de electrónica para la instrumentación médica en el campo de la obtención de imágenes moleculares. Esto ha sido posible gracias a la realización de proyectos de investigación en colaboración con el investigador del CSIC el doctor José María Benlloch Baviera. Como resultado de esta colaboración fue creado en el 2010 el Instituto Mixto de Instrumentación para la Imagen Molecular (I3M). Es entonces cuando el grupo de Diseño de Sistemas Digitales, pasa a integrarse a este nuevo Instituto como Área de Diseño de Sistemas Electrónicos, por abarcar tanto la electrónica digital como la analógica entre sus líneas de investigación.

Actualmente, José María Benlloch Baviera dirige el I3M. Aunque su formación en física de partículas difiere a la actividad que realiza el Instituto en estos momentos, su carrera como investigador le ha otorgado importantes logros. Tras concluir su primera estancia post doctoral en el Fermi Nacional Accelerator Laboratory (Fermilab) en Estados Unidos, regresó a España y se dio cuenta que lo que había aprendido en detectores de partículas podría ser bastante útil para la medicina.

José María Benlloch Baviera junto a su mentor mientras se encontraba en el MIT, el Premio Nobel Jerome Friedman / Foto: cedida por José María Benlloch

La primera línea que empezaron a desarrollar fue la detección de rayos gamma, con las cámaras gamma o SPECT o tomografía computarizada de emisión monofotónica (en inglés single photon emission computed tomography)  y también las cámaras PET o tomografía por emisión de positrones (en inglés positron emission tomography), que se utilizan en la medicina nuclear para la detección de cáncer y de otras enfermedades. Luego continuaron con el desarrollo de equipos de resonancia magnética nuclear. Y actualmente también cuentan con una nueva línea de ultra sonidos y, por otro lado, una línea de rayos X y TAC o tomografía axial computarizada, es decir, que están abordando prácticamente las líneas más importantes de imagen médica en el Instituto. Benlloch comenta que en la actividad del PET es en la que más tiempo llevan trabajando, aproximadamente desde el año 1998, o sea casi veinte años.

Maqueta de equipo de resonancia magnética- Instituto de Instrumentación para la Imagen Molecular (I3M) / Foto por: Carolin Batista

El Instituto cuenta con financiación privada a través de proyectos y contratos con empresas para desarrollar equipamiento. Una de estas empresas es Onconvisión, líder en desarrollo y comercialización de equipos para diagnóstico por imagen y tratamiento del cáncer. Oncovisión, que en sus inicio fue nombrada Gen-Imaging S A, es un Spin-off del I3M que surgió gracias a la tecnologías que se encuentra específicamente en la cámara Sentinella. Se trata de un PET dedicado al diagnóstico del cáncer de mama que se llama Mammi y también en la investigación pre-clínica en una serie de equipos, uno de ellos denominado Albira.

Sentinella

Punto láser para localizar el nodo / Foto: cedida por el I3M

La gamma cámara Sentinella es un equipo para cirugía radioguiada. La localización del nodo centinela es el objetivo principal de cualquier técnica de detección. El procedimiento consiste, en primer lugar, en inyectar al paciente el radiotrazador (o radiofármaco que al distribuirse por el órgano a examinar, permite ser detectado por un aparato detector de radiación), luego la cámara gamma que es el componente principal del equipo, recoge imágenes preoperatorias, posteriormente se utiliza la sonda gamma para localizar ganglios linfáticos, finamente los ganglios linfáticos se extraen en el quirófano. La cirugía radioguiada permite realizar el proceso con imágenes en tiempo real. Sentinella es la única cámara gamma portátil integrada en el mercado.

“La cirugía radioguiada permite realizar el proceso quirúrgico con imágenes en tiempo real. Sentinella es la única cámara gamma portátil integrada en el mercado”, según Oncovisión

Nodo centinela en tiempo real / Foto: cedida por el I3M

Gabriel González Pavón, director médico de Oncovisión explica: “Si tomamos como ejemplo lo que se hacía antes en un tumor en la mama, el procedimiento previo era extirpar el tumor de la mama o la mama completa y quitar la mayoría de ganglios de la axila. Se estaba trabajando de una manera muy agresiva”. González agrega: “Se producía con mucha frecuencia un problema denominado Linfedema, que es cuando se bloquea el drenaje de los vasos linfáticos y se acumula líquido, en este caso en el brazo del lado en el que se quitaron los ganglio de la axila. Muchas mujeres, tras la extirpación de tumores de mama producían un Lifedema que podía llevar el brazo a tener casi el diámetro de la pierna, algo muy molesto, e incluso causar discapacidad”. Y continua explicando: “La cámara Sentinella permite encontrar cualquier ganglio linfático, por pequeño o profundo que sea, evitando las alternativas más primitivas que eran las cirugías ‘a ojo’ basándose en conocimientos anatómicos. Cada persona es diferente, y con Sentinella se puede hacer por fin cirugía a medida”.

Según el doctor González, la prueba de concepto de la cámara Sentinella se produjo entre el año 2003 y el año 2006. Tras obtener aprobaciones regulatorias y cuando ya se había evaluado en hospitales en Valencia y Barcelona, pasó a utilizarse también en Madrid y otras ciudades de España, confirmando que hacia una aportación clínica muy importante en numerosos tipos de cáncer. El doctor González también explica que es entonces cuando la empresa Gen-Imaging cambió a una denominación más comercial, más práctica (Oncovisión). Encontró financiación de capital riesgo (la empresa Española Bullnet Capital) para poder desarrollar el negocio y convertir los prototipos en productos que cumplieran con los estándares exigidos, que se fabricaran de una manera fiable y segura y, sobre todo, que tuvieran en cuenta todas las normas de seguridad internacionales, a la vez que fueran fáciles de usar. El modelo original fue creado por el profesor José María Benlloch y su equipo y el trabajo de desarrollo posterior se hizo desde Oncovision con cirujanos y médicos nucleares de todas partes de España.

Por su parte, Benlloch señala el papel que desempeña el médico en el desarrollo de los equipos: “Pensamos que es de vital importancia trabajar con los médicos porque al final son los usuarios de los aparatos que desarrollamos, por lo cual, es importante que desde el principio intervengan en el diseño, para que sea ergonómico y para que sea útil”.

Así mismo, el doctor César David Vera-Donoso, coordinador del Comité de Tumores Urológicos del Hospital Universitario y Politécnico La Fe de Valencia comenta que comenzaron a utilizar la cámara Sentinella desde el año 2013 aproximadamente, cuando iniciaron su validación de la técnica de ganglio centinela en el cáncer de próstata en dicho hospital. Vera destaca que con respecto a las técnicas usuales de linfadenectomía, es decir, en la extirpación de los ganglios linfáticos, en el cáncer de próstata, permite ahorrar 3 de cada 4 linfadenectomías. Vera afirma: “Te ahorras en 3 de cada 4 pacientes una hora o cuarenta minutos de cirugía, eso es dinero pero también te ahorras la morbilidad o efectos secundarios del procedimiento”. El doctor aclara: “Una linfadenectomía es extirpar todo ganglio linfático que usualmente va adherido a los grandes vasos sanguíneos iliacos, es un procedimiento que tiene sus efectos secundarios y tiene sus riesgos. Si te ahorras 3 de cada 4 pacientes en realizar toda deserción quirúrgica, evitas problemas”.

Según la Asociación Española Contra el Cáncer  (AECC), la incidencia más alta en los varones corresponde al cáncer de próstata. A nivel mundial es el segundo cáncer más diagnosticado en los hombres y, en Europa y España es el primero en número de diagnóstico, cuatrocientos treinta y seis mil en Europa y treinta y dos mil seiscientos cuarenta y uno en España en el 2014.

Para Vera, la investigación es algo muy importante. El doctor destaca que dedica su tiempo no asistencial en el hospital a esta actividad. Tiene un grupo propio de investigación en el cual están incorporados varios miembros del Instituto de Instrumentación para la Imagen Molecular (I3M). Hay médicos nucleares, hay biólogos, hay químicos y profesionales de diferentes áreas de la investigación, para conseguir objetivos multidisciplinares que los integran para un propósito común. La investigación se realiza desde el Instituto de Investigación Sanitaria del Hospital La Fe, es decir, que el canal adecuado e imprescindible es el Instituto. También señala que se encuentra trabajando en un proyecto de investigación con el I3M. El doctor afirma: “El I3M está lleno de gente maravillosamente formada, gente con mucha potencialidad científica, pero los que tenemos los problemas somos los médicos y los pacientes”. Y continúa diciendo: “Estamos en la primera línea de batalla con los padecimientos; pues el médico es el que tiene que generar la inquietud en los investigadores básicos y en los científicos, para resolver los problemas que tenemos con los pacientes”.

“El I3M está lleno de gente maravillosamente formada, gente con mucha potencialidad científica, pero los que tenemos los problemas somos los médicos y los pacientes. Estamos en la primera línea de batalla con  los padecimientos; pues el médico es el que tiene que generar la inquietud en los investigadores básicos y en los científicos, para resolver los problemas que tenemos con los pacientes”, sostiene Vera

Actualmente el I3M y el doctor Vera se encuentran en una etapa avanzada en el diseño de un PET, tomógrafo emisión de positrones portátil dedicado solamente a la próstata, para generar imágenes fiables del cáncer de próstata. Vera afirma que se trata de un problema relevante, porque del cáncer de próstata actualmente no se ha podido obtener una imagen segura para tratarlo. El doctor explica que en estos momentos en la práctica médica diaria hay que quitar o hay que irradiar toda la próstata, porque se desconoce cuál es el volumen del tumor. Con el proyecto denominado PROSPEC, están intentando conseguir una imagen fiable de lo que es este tipo de cáncer.

Vera señala: “Yo soy el principal coordinador del proyecto, que está financiado por el Instituto Carlos III de Madrid, el Ministerio de Economía y los Fondos Europeos de Desarrollo. Parte de la idea es nuestra”. También aclara: “Coordino al grupo de físicos del I3M y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España, a los investigadores del Hospital La Fe, los médicos nucleares, los radiofísicos y urólogos. También estoy coordinando las discusiones y la elaboración de los modelos”. Y finaliza diciendo: “Hemos hecho tres versiones de modelos, así avanzan los proyectos y los ensayos, hasta que lleguemos a un modelo final. Cuando ya esté listo el dispositivo final tenemos que hacer las validaciones clínicas. Pero la verdad es que es una interacción, nos reunimos, vienen todos los físicos del I3M, los médicos nucleares y los urólogos, nos sentamos alrededor de una mesa y vamos discutiendo como avanza el proyecto”.

Maqueta de PET de próstata-Instituto de Instrumentación para la Imagen Molecular (I3M) / Foto por: Carolin Batista

“Sentinella es una de esas innovaciones que tienen cada día un impacto enorme para la vida”, afirma González

Según González, la cámara Sentinella está instalada en 38 hospitales de España y, en el resto del mundo hay más de cien aparatos al servicio de instituciones de gran prestigio en la Unión Europea, Estados Unidos, Australia, Japón, China y en algunos países de Oriente Medio. El doctor subraya que le gustaría que fuera algo a lo que tuvieran acceso pacientes de todo el mundo, y que por ello piensa que el éxito ha sido limitado. También destaca que la nueva tecnología ayuda a que las personas puedan vivir más y mejor, y que este es un buen ejemplo. Para González, Sentinella es una de esas innovaciones que tienen cada día un impacto enorme para la vida.

José María Benlloch: “Investigación biomédica hay de muy alta calidad, desafortunadamente no siempre saca partido la industria española”

La actividad del Instituto de Instrumentación para la Imagen Molecular (I3M) narrada por su director    

José María Benlloch / Foto: cedida por José María Benlloch

José María Benlloch es el director del Instituto de Instrumentación para la Imagen Molecular (I3M) actualmente, aunque su formación en física nuclear y de partículas difiere a lo que hace el instituto, Benlloch cuenta con una destacada carrera como investigador tanto fuera como dentro del I3M. Se doctoró en física de partículas en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas Elementales (CERN). Su tesis doctoral consistió en los primeros datos obtenidos de un experimento de colisión de electrones y positrones acelerados a muy alta velocidad y energía. Para medir los resultados del experimento se utilizó un detector parcialmente creado en Valencia; a partir de estos datos, se concluyó la existencia de tres generaciones de neutrones ligeros y también se infirió de forma indirecta la existencia de una partícula elemental llamada quark top. Tras concluir su primera estancia post doctoral en el Fermi Nacional Accelerator Laboratory (Fermilab) en Estados Unidos regresó a España y se dio cuenta de que lo que aprendió en  detectores de partículas podría ser bastante útil para la medicina.

¿Cuál es el propósito a largo plazo de la actividad que realizan como institución?

A nosotros lo que nos gustaría a largo plazo es cada vez tener mayores ideas y contribuir al diagnóstico, a un diagnóstico mejor, más preciso y anterior, más precoz de distintas enfermedades. Estamos fundamentalmente interesados en el cáncer pero también en enfermedades mentales, tenemos un proyecto europeo que coordinamos nosotros de detección temprana de esquizofrenia y de otros problemas mentales como la depresión severa e incluso en el futuro nos gustaría contribuir al tratamiento. Estamos empezando a hacer algunas cosas con ultrasonidos y con nanoparticulas.

“Estamos fundamentalmente interesados en el cáncer pero también en enfermedades mentales, tenemos un proyecto europeo que coordinamos nosotros de detección temprana de esquizofrenia y de otros problemas mentales como la depresión severa e incluso en el futuro nos gustaría contribuir al tratamiento”

El instituto tiene su origen en la física de partículas. ¿Es una iniciativa de la Universidad Politécnica de Valencia o tiene algún otro origen?

Es una iniciativa del rector de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), al que yo pertenezco. Anteriormente yo pertenecía a otro instituto del CSIC, el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), entonces en ese sentido también tiene origen en ese instituto que se dedica justamente a la física de partículas y donde hice mi tesis doctoral y me formé inicialmente, luego continué mi formación en el CERN y en el Fermilab en Estados Unidos. Posteriormente el rector de la Universidad Politécnica de Valencia, el CSIC, el delegado del CSIC en Valencia y el presidente del CSIC llegaron al acuerdo de crear este instituto.

¿Cuánto tiempo llevan en esta actividad? 

En la actividad del PET llevamos aproximadamente desde el año 1998, es decir,  casi veinte años. Otras líneas de investigación son más recientes, hemos trabajado alrededor de 3 años en resonancia magnética y en ultrasonido un año a partir de la incorporación de una persona que había estado algún tiempo investigando en ese campo; en rayos X, TAC, etc, llevamos mucho tiempo, a lo mejor unos diez o doce años.

¿Cuentan con el apoyo de alguna institución privada?

Contamos con financiación privada a través de proyectos y contratos, tenemos muchos contratos de empresas privadas para desarrollar equipamiento.

¿El personal que conforma el instituto tiene una formación en física o cuentan con personas que se dedican a la ciencia médica?

Tenemos muchos físicos en el instituto e ingenieros, fundamentalmente ingenieros electrónicos e informáticos y algún ingeniero mecánico. Médicos desafortunadamente no tenemos en el instituto, sin embargo trabajamos conjuntamente con ellos en los hospitales, es decir, nosotros pensamos que es de vital importancia trabajar con los médicos porque al final son los usuarios de los aparatos que desarrollamos por lo cual es importante que desde el principio intervengan en el diseño para que sea ergonómico y para que sea útil. Entonces sí trabajamos con médicos, pero no dentro del instituto.

¿Cuáles son los hospitales de Valencia que colaboran con el instituto?

El Hospital la Fe de Valencia es un hospital que comparte actividades de investigación con la Universidad Politécnica de Valencia y la Universidad de Valencia, pero también hemos trabajado con el Hospital Clínico, con el Hospital General y con el Hospital Universitario Doctor Peset. Fuera de Valencia también hemos colaborado con muchos hospitales, en  Europa y en Estados Unidos; en Europa con el Netherlands Cancer Institute que está en Amsterdam  y se dedica a la oncología, también con la Universidad de Karolinska (Instituto Karolinska) de Estocolmo y en Estados Unidos con el Massachusetts General Hospital, con la Clínica Mayo, es decir, hemos colaborado con muchos hospitales también.

¿Los equipos que han fabricado están siendo implementados o están en una etapa de desarrollo o de investigación?

Estamos en una etapa de desarrollo en la parte de tratamiento, en la parte de diagnóstico hay muchos equipos que están ya en los hospitales.

¿Puede mencionar algún equipo que ya esté siendo utilizado?  

El primer equipo que hicimos era una cámara pequeñita, una gamma cámara para la detección del ganglio centinela en intraoperatorio, esto lo utilizan los cirujanos para encontrar rápidamente dónde están los ganglios durante la intervención quirúrgica. Los ganglios están conectados directamente con el tumor y por lo tanto podrían tener una metástasis tumoral. Este aparato se encuentra en muchos hospitales de España, diría que por lo menos treinta hospitales de España lo tienen y también fuera de España, a lo mejor en total puede haber ciento cincuenta hospitales que tienen esta cámara. También existe un mamógrafo que desarrollamos aquí para la detección de tumores mamarios y está siendo implementado en muchas partes del mundo como por ejemplo China, Japón, Taiwán y Singapur.

¿España se encuentra en este momento bien posicionada en cuanto a investigación en el campo de la medicina?  

En el campo de la medicina desde luego hay muchos investigadores excelentes y en el campo biomédico; de hecho en España la mayoría se dedica al campo biomédico, en cambio lo nuestro es más bien ingeniería, ingeniería biomédica y no la pura biomedicina. Investigación biomédica hay de muy alta calidad, desafortunadamente no siempre saca partido la industria española, sino que de estas investigaciones se favorece muchas veces la industria extranjera; en la actualidad esto está empezando a cambiar, comienzan a surgir empresa biomédicas en España. Con relación a la ingeniería biomédica o física médica también está muy bien posicionada, no solo por nuestro instituto también por otros grupos de España reconocidos internacionalmente.