Helicoid, un revolucionario tratamiento de los tumores cerebrales

Grupo Álava Ingenieros, empresa especializada en ofrecer soluciones innovadoras de alta tecnología, aporta los sensores que permiten la captación de imágenes hiperespectrales del cerebro en tiempo real

En 2012, último año del que se conocen cifras oficiales, se diagnosticaron unos 14 millones de nuevos casos de cáncer en el mundo, que ese año causó 8,2 millones de muertes. Los datos de incidencia del cáncer en España en 2012 eran de 215.534 casos y una cifra de 102.762 fallecimientos. Según los datos publicado por el Instituto Nacional de Estadística el 31 de enero de 2014, los tumores fueron la segunda causa de muerte entre los españoles, con una incidencia del 27,5% de fallecimientos. Las perspectivas en la evolución de esta enfermedad no son muy halagüeñas: la Organización Mundial de la Salud prevé que el número de nuevos casos de cáncer aumente en aproximadamente un 70% en los próximos 20 años, en gran medida, debido al envejecimiento de la población.

Y si hay un cáncer especialmente complicado de tratar es el tumor cerebral, que en nuestro país supone el 2% de los cánceres en adultos y hasta el 15% en los niños menores de 15 años. De hecho, este tipo de tumores son la segunda causa de fallecimiento en niños de 0 a 5 años, según datos de la Asociación de Afectados por Tumores Cerebrales en España.

Uno de los principales problemas a los que se enfrentan los neurocirujanos en el quirófano al extirpar los tumores cerebrales es localizar con precisión el tejido tumoral. Dada su naturaleza altamente infiltrante, en muchas ocasiones, es prácticamente indistinguible del tejido sano.

Antes de intervenir, el neurocirujano dispone como información básica del paciente las “imágenes tomadas tanto por tomografía axial como por resonancia magnética nuclear, que pueden ser observadas en quirófano a través de neuronavegadores. Ya en quirófano podemos aplicar otras técnicas, como la inmunofluorescencia, que consiste en inyectar un contraste fluorescente que se concentra en los tumores, pero este sistema es invasivo y no todos los organismos lo pueden asimilar, especialmente niños y, además, no es eficaz para todo tipo de tumores”, explica el doctor Juan Francisco Piñeiro Martí, adjunto al servicio de Neurocirugía del Hospital Doctor Negrín y del Hospital Vithas Santa Catalina, en Las Palmas de Gran Canaria.

“Las imágenes que disponemos en el neuronavegador tienen un hándicap y es que son prequirúrgicas, es decir, están tomadas unos días -u horas- antes de entrar en quirófano. Pero en la mesa de operaciones, cuando abrimos el cráneo al paciente, la masa encefálica sufre desplazamientos, por lo que el neurocirujano ve in situ algo que no se corresponde con la imagen que proyecta el neuronavegador. Y la situación se complica aún mas cuando comenzamos a extraer tumor, ya que esos deplazamientos son aún mayores. Esta circunstancia se está tratando de evitar con las resonancias o escáneres intraoperatorios pero es un proceso muy caro y, además, implica parar la cirugía o desplazar al paciente, y eso no siempre es posible”, comenta el doctor Piñeiro.

En esa compleja situación, el neurocirujano debe eliminar del paciente todo el tejido tumoral posible junto con un cierto margen de seguridad que impida al tumor desarrollarse en un futuro. Cuanto mayor sea el margen de seguridad, menor será la probabilidad de que se produzca una recidiva. Sin embargo, el tejido cerebral está altamente especializado, por lo que cuanto más tejido se elimine, mayor será la cantidad de funciones afectadas en el paciente (motoras, sensoriales, cognitivas...) que mermarán su calidad de vida. “En el tratamiento de los tumores cerebrales lo más importante hoy en día es aplicar la cirugía más radical posible, extirpar toda la masa tumoral que se pueda sin dañar un tejido sensible y funcional como es el cerebro. De esto depende que el paciente sobreviva más o menos tiempo, y que la posterior quimioterapia y radioterapia sean más efectivas”, argumenta el doctor Piñeiro. “Para los neurocirujanos es una decisión muy delicada el decidir hasta dónde nos vamos a arriesgar para eliminar el tejido tumoral porque es muy difícil distinguirlo por su tipología gelatinosa, muy difusa”. Por lo tanto, se hacen imprescindibles herramientas que ayuden al neurocirujano a delimitar su resección, es decir, a que elimine sólo el tejido tumoral preservando la mayor cantidad posible de tejido sano.

Y ya hay un proyecto en marcha cuyos resultados preliminares permiten augurar un avance espectacular en el tratamiento contra el cáncer. Se trata de HELICoID, un proyecto en el que participan empresas e instituciones europeas y con el que está colaborando Grupo Álava Ingenieros.

“HELICoiD tiene como objetivo principal el desarrollar un demostrador capaz de discriminar entre tejido sano y tumoral en tiempo real durante una intervención quirúrgica cerebral en seres humanos. Se trata de una sofisticada herramienta que aporta al neurocirujano información precisa de la localización del tumor en la sala de operaciones mediante imágenes hiperespectrales. Dado que el cáncer implica un cambio en la fisiología celular, esta alteración puede ser detectada como un cambio en la firma hiperespectral del tejido”, explica Gustavo Marrero Callicó, coordinador del proyecto, miembro de la División de Diseño de Sistema Integrados (DSI) del Instituto Universitario de Microelectrónica Aplicada (IUMA) de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC) e impulsor de HELICoID.

“Esta herramienta nos permite visualizar con gran nitidez la frontera entre tumor y tejido sano -algo realmente complejo- en tiempo real. Las imágenes hiperespectrales que captamos del cerebro del paciente, además, van cambiando según vamos extrayendo las células tumorales por lo que los desplazamientos en la masa encefálica ya no dificultan nuestro trabajo. Esto es algo inaudito en la neurocirugía. Y todo este proceso lo realizamos de manera no invasiva ya que el HELICoID no actúa sobre el paciente; sólo capta imágenes sin necesidad de inyectar contrastes ni aplicar radiaciones...”, explica el doctor Piñeiro.

“Para la fiabilidad del sistema es clave la elección de los sensores hiperespectrales adecuados, trabajo esencial que ha desarrollado Grupo Álava Ingenieros y que es decisivo en el éxito del proyecto”, explica Callicó. “Nuestra aportación consiste en la definición de los sensores idóneos en función de los problemas que irían apareciendo en el desarrollo del proyecto. Este trabajo es clave en el funcionamiento del sistema porque esos sensores aportan la precisión que un proyecto de este tipo necesita”, explican Yago Sánchez y Sergio García, Director de Área y Jefe de Producto de Grupo Álava Ingenieros.

“Disponemos ya de un sistema experimental intraoperatorio que ofrece a los neurocirujanos mayor cantidad de información, lo que les permite confirmar la resección en tiempo real de operación, evitando indeterminaciones debidas al desplazamiento de masa cerebral y aumentando el nivel de confianza en la consecución de los objetivos quirúrgicos”, comenta Callicó, que añade: “Hasta el momento, los primeros resultados son muy positivos. Ya se han hecho las primeras pruebas en operaciones a pacientes del hospital del Hospital Universitario Doctor Negrín, en Las Palmas de Gran Canaria. En concreto, ha sido usado hasta la fecha en 22 intervenciones quirúrgicas, lo que ha permitido obtener varias capturas de distintos tipos de tumores y crear una base de datos preliminar para el desarrollo de los algoritmos de clasificación”.

Superada la primera fase del proyecto con éxito, empieza una nueva etapa, la de acumular datos para garantizar la fiabilidad del sistema. “De cada paciente hemos obtenido una cantidad variable de tomas. Cada una de ellas puede contener de 500.000 a 800.000 firmas hiperespectrales. Hemos entrenado una serie de algoritmos que nos permiten a día de hoy detectar con una precisión del 98% las células tumorales. Los algoritmos de calibrado, pre-procesamiento, extracción de características y clasificación de esas imágenes hiperespectrales son tan complejos que su ejecución es un proceso que suele llevar varias horas en potentes ordenadores”, explica Callicó. De ahí que acelerar estos algoritmos es uno de los retos más decisivos a los que se enfrenta HELICoID.

El aparato se ha trasladado recientemente al University Hospital of Southampton (Reino Unido) para ampliar el espectro de pacientes en diferentes poblaciones, lo que hará crecer considerablemente la base de datos y ajustar los algoritmos de forma más precisa para cumplir el objetivo de tener el prototipo completamente terminado para finales del año 2016.

“HELICoID, además, se va a convertir en algo así como un patólogo virtual. Vamos a ser capaces de crear una firma hiperespectral para cada tipo de tumor, por lo que además de darnos la localización exacta del tumor, nos va a decir el tipo del tumor que tiene el paciente. Nos va a decir si es un glioma de bajo grado, o de alto grado, o si es un oligodendroglioma, o una metástasis..., lo que es de gran valor médico”, explica el doctor Piñeiro.

Las posibilidades que aporta HELICoID al tratamiento contra el cáncer son muy esperanzadoras. “Empezamos trabajando con el tumor cerebral porque es el más complicado y difícil de identificar. Hay tumores más sencillos de detectar, como los de piel o colon, por ejemplo. Pero si demostramos que la imagen hiperespectral es capaz de ayudar en la detección de tumores cerebrales habremos logrado lo difícil, porque a continuación se puede aplicar en otros procesos tumorales, como el cáncer de mama, para eliminar el tejido tumoral con mayor precisión”, concluye Callicó”.

El proyecto HELICoiD

HELICoiD (www.helicoid.eu) es un proyecto de colaboración europeo financiado por la Agencia Ejecutiva de Investigación (REA), a través del programa de Tecnologías Futuras y Emergentes (FET-Open), en el marco del 7º Programa Marco de la Unión Europea. Este proyecto es una colaboración entre cuatro universidades (Universidad de Las Palmas De Gran Canaria, Imperial College of Science, Technology and Medicine of London, Universidad Politécnica de Madrid y Association pour la Recherche et le Developpement des Methodes et Processus Industriels de Paris - Armines); tres socios industriales (Medtronic Iberica S. A., General Equipment for Medical Imaging S.A. y Virtual Angle B.V.) y dos hospitales (Fundación Canaria de Investigación Sanitaria y University Hospital of Southampton NHS Foundation Trust).