This thesis analyses the current strategies to segment breast lesions in Ultra-Sound (US) data and proposes a fully automatic methodology for generating accurate segmentations of breast lesions in US data with low false positive rates. The proposed approach targets the segmentation as a minimization procedure for a multi-label probabilistic framework that takes advantage of min-cut/max- flow Graph-Cut (GC) minimization for inferring the appropriate label from a set of tissue labels for all the pixels within the target image. The image is divided into contiguous regions so that all the pixels belonging to a particular region would share the same label by the end of the process. From a training image dataset stochastic models are built in order to infer a label for each region of the image. The main advantage of the proposed framework is that it splits the problem of segmenting the tissues present in US the images into subtasks that can be taken care of individually / En aquest treball, es proposa un sistema automàtic per generar delineacions acurades de lesions de mama en imatges d’ultrasò. El sistema proposat planteja el problema de trobar la delineació corresponent a la minimització d’un sistema probabilístic multiclasse mitjançant el tall de mínim cost del graf que representa la imatge. El sistema representa la imatge com un conjunt de regions i infereix una classe per cada una d’aquestes regions a partir d’uns models estadístics obtinguts d’unes imatges d’entrenament. El principal avantatge del sistema és que divideix la tasca en subtasques més fàcils d’adreçar i després soluciona el problema de forma global

El patró específic d'expressió de glicosiltransferases i antígens Lewis observat a la mucosa gàstrica normal es perd durant el procés de la carcinogènesi gàstrica. Aquí descrivim que canvis en l'expressió dels antígens Lewis en cèl·lules HT-29/M3 de càncer de còlon induïts per la transfecció del cDNA de FUT1 resulten en un fenotip menys invasiu i menys metastàtic.La gastritis crònica produïda per la infecció per Helicobacter pylori és un dels principals determinants en la patogènesi del càncer gàstric, i comporta nivells elevats de citoquines proinflamatòries com TNF-α, IL-1β o IL-6, que poden regular l'expressió de gens implicats en la transformació neoplàsica gàstrica. Vam analitzar l'efecte de citoquines proinflamatòries en l'expressió de glicosiltransferases i antígens Lewis en cèl·lules de càncer gàstric va ser analitzat i vam observar que el tractament d'aquestes cèl·lules amb IL-1β augmentava l'expressió d'antígens Lewis de tipus 2. A més, vam observar que tumors gàstrics amb inflamació crònica presentaven nivells més elevats d'estructures glicosídiques de tipus 2, suggerint que determinades glicosiltransferases podrien estar regulades per la inflamació. Els adenocarcinomes gàstrics de tipus intestinal s'originen a partir d'una sèrie successiva de lesions precanceroses que porten a una transdiferenciació intestinal de la mucosa gàstrica. En aquest procés s'activa l'expressió de diferents gens intestinals a les cèl·lules gàstriques, com és el cas dels gens de les mucines intestinals MUC2 i MUC4 i del factor de transcripció intestinal CDX2. Nosaltres vam estudiar l'efecte de citoquines inflamatòries i de les seves vies de senyalització associades en l'expressió d'aquests gens va ser estudiat. El primer que vam constatar va ser que IL-6 regulava l'expressió de MUC4 a través de la via de gp130/STAT3 a línies cel·lulars de càncer gàstric, mentre que l'expressió de MUC2 era induïda per TNF-α a través de la via de senyalització de NF-κB. A més, vam observar que l'expressió de CDX2 no era regulada per citoquines inflamatòries. Finalment, vam trobar que les diferències en l'expressió de les mucines intestinals MUC2 i MUC4 a tumors gàstrics podien ser explicades per diferències en el tipus d'inflamació predominant. De tots aquests resultats podem concloure que la inflamació i les vies de senyalització associades modulen l'expressió de gens associats a la carcinogènesi gàstrica. / In the gastric carcinogenetic process the specific expression pattern of glycosyltransferases and Lewis antigens displayed by the normal gastric mucosa is lost. We detected that changes in the expression of Lewis antigens induced by the transfection of FUT1 cDNA in HT-29/M3 cells determined a less invasive and metastatic phenotype. Chronic gastritis caused by H. pylori infection is a major determinant in the pathogenesis of gastric cancer, and present increased levels of the pro-inflammatory cytokines TNF-α, IL-1β and IL-6, which can regulate the expression of genes involved in the gastric neoplastic transformation. We analysed the effect of pro-inflammatory cytokines on the expression of glycosyltransferases and Lewis antigens in gastric cancer cells. IL-1β treatment increased the expression of type 2 Lewis antigens, and, in addition, we observed that gastric tumours with chronic inflammation displayed increased levels of type 2 glycan structures, suggesting that specific glycosyltransferases may be regulated by inflammation. Intestinal-type gastric adenocarcinomas develop from successive pre-cancerous lesions that lead to an intestinal transdifferentiation of the gastric mucosa. In this process many intestinal genes are activated in gastric cells, such as the intestinal mucin MUC2 and MUC4 genes and the transcription factor CDX2. We studied the effect of pro-inflammatory cytokines and their associated signalling pathways on the expression of these genes. IL-6 regulated the expression of MUC4 through the gp130/STAT3 signalling pathway in gastric cancer cell lines, while MUC2 expression was induced by TNF-α through the NF-κB signalling pathway. No effects on CDX2 expression were observed after cytokine treatment in gastric tumour cells. Finally, we found that the differences observed in the expression of the intestinal mucins MUC2 and MUC4 in gastric tumours could be explained by differences in the predominant type of inflammation present in gastric adenocarcinomas.In conclusion, our results suggest that inflammation and its associated signalling pathways modulate the expression of genes associated with gastric carcinogenesis.

En aquesta tesi s’estudien les implicacions dosimètriques que comporten els canvis anatòmics que pateixen els pacients afectats de càncer de cap i coll (CCC) durant el tractament de radioteràpia (RT). L’estudi es realitza per a la tècnica convencional conformada en 3D (3DCRT) i per a la tècnica amb feixos d’intensitat modulada (IMRT). S’analitzen un nombre important d’òrgans de risc que no han estat estudiats prèviament. Addicionalment, per al grup de pacients tractats amb IMRT, s’investiguen de forma individualitzada les variables dosimètriques que presenten desviacions importants. Finalment es valora si la replanificació del tractament és un bona eina per restablir les característiques dosimètriques de la planificació inicial. En l’estudi s’han inclòs 28 pacients diagnosticats de carcinoma escamós de cap i coll localment avançat, dels quals 12 es van tractar amb 3DCRT i 16 amb IMRT. L’àrea de tractament abastava el tumor primari més les cadenes cervicals i supraclaviculars bilaterals. La metodologia s’ha dissenyat de forma que a les sessions número quinze i vint-i-cinc, s’adquirien noves imatges TC del pacient. Sobre aquestes noves imatges TC s’han adaptat manualment totes les estructures delimitades en la TC de planificació inicial, i s’ha calculat la distribució dosimètrica corresponent al pla d’irradiació amb el que s’estava tractant al pacient. S’han analitzat les dades del histograma dosi-volum corresponents a les dosimetries en cada una de les TC. A tots els pacients se’ls ha fet un control de pes setmanal. En la segona part, s’estudia de forma individualitzada el grup de pacients tractats amb IMRT. S’analitza si les distribucions dosimètriques calculades a les TC preses durant el tractament superen les restriccions establertes inicialment o si sobrepassen entre el -5% i +10% els valors calculats inicialment. En els casos que han superat algun dels límits de variabilitat, s’ha adaptat la dosimetria de la TC corresponent mitjançant l’optimització de les fluències dels camps d’irradiació del pla de tractament inicial. Els dos grups de pacients han presentat canvis anatòmics similars, aquests han consistit en pèrdua de pes i reducció de volum de les següents estructures; la zona de tractament, els volums de tractament i les paròtides. Les variables pes i volum comprés dins la zona de tractament han mostrat correlació, la qual cosa implica que el pes pot actuar com a factor pronòstic alhora d’identificar pacients que experimenten canvis importants en la zona de tractament. S’ha posat de manifest que les variacions dosimètriques comprometen la validesa de la distribució de dosi inicial de forma més rellevant en el grup d’IMRT. Primerament perquè els volums de tractament presenten pèrdua de cobertura dosimètrica únicament en el grup d’IMRT i addicionalment perquè els discrets increments de dosi mesurats als òrgans de risc comprometen els beneficis que la tècnica d’IMRT aporta. En l’estudi individualitzat del grup d’IMRT s’evidencia que els motius principals que indiquen que cal adaptar la planificació inicial son; en primer lloc la pèrdua de cobertura dosimètrica dels volum de tractament, seguit de l’increment de dosi a les paròtides i finalment l’augment de dosi absorbida a altres òrgans de risc com els llavis, cavitat oral i glotis. Les reduccions de cobertura dosimètrica als volums de tractament i els increments de dosi als OAR es detecten majoritàriament a la TC2. Per tant, fer una TC cap a la sessió número quinze permetrà identificar la majoria de casos que es podrien beneficiar d’una RT adaptativa. Finalment s’ha comprovat que la replanificació basada en l’optimització de les fluències dels camps de tractament inicials permet adaptar la distribució de dosi als canvis anatòmics i així aconseguir restablir les mateixes restriccions dosimètriques que s’assolien en la planificació inicial. / This thesis examines the dose implications related to anatomical changes experienced by patients with head and neck cancer (HNC) during radiation therapy (RT). The study is carried out for both conventional 3D conformal (3DCRT) and intensity modulated (IMRT) techniques. We have analyzed a large number of organs at risk, some of which have not been previously studied. Additionally, dose variables showing important variations were individually investigated for the group of patients treated with IMRT. Finally, we assessed whether treatment replanning is a good tool to restore the initial planning dose characteristics. The study included 28 patients diagnosed with locally advanced head and neck squamous cell carcinoma, 12 of whom were treated with 3DCRT and 16 with IMRT. The treatment area included the primary tumor in addition to the cervical and supraclavicular bilateral nodes. The methodology was designed to acquire new CT images of the patient in sessions number fifteen and twenty-five, approximately corresponding to the third and fifth week of treatment. The contours of the treatment volumes and the organs at risk defined in the initial planning CT were manually adjusted on these new CT images, followed by a dose distribution calculation corresponding to initial plan with which the patient is being treated. We analyzed data from the dose-volume histograms corresponding to dosimetry studies in each CT. Weight was recorded weekly for all patients. In the second part of the thesis, an individual study of patients treated with IMRT was made. Dose distributions calculated on CT’s taken during treatment were analyzed when the initial dose restrictions were exceeded or if variations less than -5% or above +10% with respect to the initial calculated values existed. When variability limits were exceeded, the corresponding CT dosimetry was adapted by optimizing field irradiation fluencies from initial treatment plan. Both groups of patients presented similar anatomical changes, including weight loss and reduction in volume of the following structures, namely the treatment area, the treatment volumes and the parotids. The weight and volume within the treatment area variables showed correlation. Implying that weight can also act as a prognostic factor to identify which patients may experience important changes in the treatment area. It has been shown that dose variations compromise the validity of the initial dose distribution to a greater extent in the IMRT group. This arises primarily because the treatment volumes exhibited coverage loss only in the IMRT group and additionally, because discrete measured dose increments to the organs at risk jeopardize the benefits that the IMRT technique provides. The individualized study of the IMRT group shows that the main factors indicating a need for initial planning modification: loss of dose coverage for the treatment volume, dose increases to the parotid glands and finally the absorbed dose increase to other organs at risk such as lips, the oral cavity and middle neck structures. Loss of dose coverage in treatment volumes together with dose increases to the OAR are detected mainly in TC2. Acquiring a TC at 15th fraction will therefore identify most cases that could benefit from adaptive RT. Finally, we have shown that replanning based on the optimization of initial field fluencies allow us to adapt the dose distribution to anatomical changes and thus achieve the same dose constraints reached in the initial plan.

La diabetes mellitus (DM) es una patología que ha adquirido el rango de “pandemia” del siglo XXI .Actualmente unos 366 millones de personas sufren esta enfermedad a nivel mundial. Según datos de la encuesta de Salud de Cataluña (ESCA 2002) la prevalencia aproximada de la DM tipo 2 (DM2) en la población entre 30 – 69 años es del 6,1 % y en el intervalo poblacional entre 30 – 89 años puede llegar a superar el 10%. En el momento del diagnóstico de la DM tipo 2 el 5% de los pacientes presentan retinopatía. Este porcentaje aumenta al 40-50% a los 10 años y al 90% a los 20 años. Constituye la primera causa de ceguera en los países desarrollados. Existen numerosos estudios que demuestran la disminución de la incidencia de ceguera por RD con tratamiento precoz. Por ello, la detección de la RD ha de ser prioritaria. La ecografía doppler color es un método diagnostico no invasivo que permite el estudio de los vasos retrobulbares. De los parámetros estudiados el que resulta más reproducible es el índice de resistencia, que puede definirse como la resistencia al flujo sanguíneo en el lecho vascular distal al punto de insonación. Dado que en la diabetes se produce afectación vascular este método diagnóstico nos aportaría información sobre el estado evolutivo de la retinopatía diabética. Además, los diabéticos muestran una gran variabilidad en la expresión de la enfermedad vascular, fundamentalmente con predominio de edema macular diabético y de retinopatía isquémica diabética. Se ha sugerido que estas formas podrían tener un trasfondo genético. Nuestros resultados nos permiten diferenciar entre estos dos grupos, ya que las alteraciones hemodinámicas difieren en cuanto al tipo de vaso retrobulbar afectado. Además existe correlación entre las alteraciones hemodinámicas y alteraciones metabólicas, fundamentalmente el mal control de la diabetes y el colesterol LDL y otros factores de riesgo, el principal la hipertensión arterial. Estos resultados nos permiten concluir que la ecografía doppler color constituye un método diagnóstico de gran utilidad para el diagnóstico y manejo de los pacientes diabéticos en relación al diagnóstico precoz y predicción de la evolución hacia formas de edema macular o retinopatía isquémica. - Contribuciones y conocimientos nuevos que aporta la tesis: Como he comentado anteriormente, la retinopatía diabética se caracteriza por una gran variabilidad en su evolución y expresividad clínica. Actualmente la clasificación de la retinopatía diabética se basa en los hallazgos oftalmoscópicos que no abordan la complejidad evolutiva de esta enfermedad. El estudio de la vasculatura retrobulbar, valorando el índice de resistencia en los distintos vasos, nos permite agrupar a los pacientes en dos grandes categorías: aquellos con predominio de fenómenos isquémicos y otros con predominio de fenómenos exudativos y desarrollo de edema macular diabético, siendo un marcador precoz en la evolución de la enfermedad. Los primeros mostraran elevación del índice de resistencia en la arteria central de la retina y los segundos en las ciliares posteriores. Además, cada uno de los dos grupos muestra un comportamiento diferente en la afectación macrovascular. El uso sistemático de la ecografía doppler en los pacientes diabéticos permitiría conocer su evolución teniendo implicaciones terapéuticas. Es muy probable que exista un trasfondo genético, especialmente en los pacientes con predominio de fenómenos exudativos. Esta posibilidad deberá confirmarse en estudios posteriores. - Metodología empleada y conclusiones relevantes: Estudio transversal de una serie clínica de pacientes representativa de la población estudiada. Estudio comparativo de los resultados obtenidos en la ecografía doppler de la arteria oftálmica, central de la retina y ciliares posteriores respecto a la presencia de retinopatía de predominio isquémico o edema macular diabético, y el grosor de la retina y coroides medidos por OCT (Tomografía Coherencia Óptica). Análisis estadístico univariante mediante aplicación de la T de Student o Chi Cuadrado y multivariante mediante aplicación de la regresión logística múltiple de cada uno de los factores de riesgo de desarrollo de retinopatía diabética isquémica o edema macular respecto a los índices de resistencia de los árboles vasculares estudiados. Tras el análisis de los resultados concluimos que la retinopatía diabética isquémica se asocia a un índice de resistencia elevado en la arteria central de la retina y a una pérdida de grosor de la retina medido por OCT. También se asocia a engrosamiento del complejo intima-media en la carótida unilateral y a mayor incidencia de hipertensión arterial. Los casos de edema macular diabético presentan un incremento del índice de resistencia en las ciliares posteriores así como mayor incidencia de placas en la carótida unilateral y elevación del colesterol- LDL.El grosor de la coroides estaba disminuido en la medición por OCT. En todos los casos mal controlados, es decir que mostraban niveles elevados de hemoglobina glicosilada, se observaba elevación del índice de resistencia en todos los vasos retrobulbares. - Resultados tangibles de la investigación: Libros, artículos,.. Pendientes de publicación. - Presencia de la persona que se doctora en otros grupos de investigación: Sección de Medicina Vascular .Unidad de Lípidos. Profesor Lluis Masana. / Diabetes mellitus (DM) is a disease that has acquired the status of "pandemic" in the XXI century. Currently about 366 million people worldwide suffer from this disease. According to the Health Survey of Catalonia (ESCA 2002) the estimated prevalence of type 2 diabetes mellitus (T2DM) in the population aged 30-69 years is 6.1% and in the range of population between 30-89 years can lead to exceed 10%. At the time of the diagnosis of type 2 DM, 5% of patients have retinopathy. This percentage increases to 40-50% after 10 years and 90%after 20 years. It is the leading cause of blindness in developed countries. Numerous studies show the decline in the incidence of blindness by RD with early treatment. Therefore, the detection of the RD must be a priority. The color Doppler ultrasound is a noninvasive diagnostic method that allows the study of retrobulbar vessels. Among the parameters studied, the most reproducible is the index of resistance, which can be defined as the resistance to blood flow in the distal vascular bed to the point of insonation. Since in diabetes vascular involvement occurs, this diagnostic method would provide us information about the evolutionary status of diabetic retinopathy. Furthermore, diabetic patients show great variability in the expression of vascular disease mainly dominated by diabetic macular edema and diabetic ischemic retinopathy. It has been suggested that these forms may have a genetic background. Our results allow us to differentiate between these two groups, since the hemodynamic alterations differ in the type of the retrobulbar vessel affected. Besides, correlation between hemodynamic and metabolic alterations exists, mainly the poor control of diabetes and LDL cholesterol and other risk factors, the main arterial hypertension. These results allow us to conclude that color Doppler ultrasound is a useful diagnostic method for the diagnosis and management of diabetic patients in relation to early diagnosis and prediction of the evolution towards forms of macular edema or ischemic retinopathy. - Contributions and new knowledge that the thesis gives: As I mentioned earlier, diabetic retinopathy is characterized by a great variability in its development and clinical expression. Currently the classification of diabetic retinopathy is based on ophthalmoscopic findings that do not address the evolutionary complexity of this disease. The study of retrobulbar vasculature, evaluating the resistance index in the different vessels allows us to group patients into two broad categories: those with a predominance of ischemic phenomena and other with a predominance of exudative phenomena and development of diabetic macular edema, being a early marker for the development of the disease. The first will show elevated resistance index in the central retinal artery and the second in the posterior ciliary. Furthermore, each of the two groups shows a different behavior in macrovascular involvement. The systematic use of Doppler ultrasound in diabetic patients would know its evolution taking therapeutic implications. It is very likely that there is a genetic background, especially in patients with a predominance of exudative phenomena. This possibility should be confirmed in future studies. - Methods and relevant conclusions: Cross-sectional study of a clinical series of patients representative of the studied population. Comparative study of the results of Doppler ultrasonography of the ophthalmic artery, central retinal and posterior ciliary regarding the presence of retinopathywith a predominance of ischemic or diabetic macular edema, and retinal and choroid thickness measured by OCT (Coherence Tomography Optics). Univariate statistical analysis by applying Student's t or Chi Square and multivariate by applying logistic regression analysis of each of the risk factors for the development of diabetic retinopathy or macular edema ischemic regarding resistance indices of the vascular tree studied. After analyzing the results we conclude that the ischemic diabetic retinopathy is associated with a high rate of resistance in the central artery of the retina and with a loss of retinal thickness as measured by OCT. Also is associated with an intima-media complex thickening in the unilateralcarotid and with higher incidence of arterial hypertension. The cases of diabetic macular edema present an increase of the resistance index in the posterior ciliary as well as higher incidence of plaques in the unilateral carotid, and cholesterol elevation- LDL. Choroidal thickness was decreased when measured by OCT. In all cases poorly controlled, i.e. showing elevated levels of glycosylated hemoglobin, an elevation of resistanceindex was observed in all retrobulbar vessels. - Tangible results of the investigation: Books, articles, .. Pending publication. - Presence of the Doctoral candidate in other research groups: Section of Vascular Medicine. Lipids Unit. Professor Lluis Masana.

Tesi realitzada al Dept. de Mort i Proliferació Cel.lular - Institut d'Investigacions Biomèdiques de Barcelona (IIBB-CSIC) / La fibrosi hepàtica és causada principalment per una deposició excessiva de matriu extracel•lular al fetge. El dany hepàtic activa el procés de transdiferenciació de les cèl•lules estrellades hepàtiques (CEH) les qual començaran a produir i secretar citocines profibrogèniques i col•lagen tipus 1 que formarà el característic teixit cicatritzant de la fibrosi (Bataller & Brenner 2005). L’objectiu del primer projecte va ser elucidar el paper del TNF en el procés d’activació de les CEH i el seu rol en la fibrogènesi i investigar si hi havia una contribució similar dels dos receptors. Els nostres estudis van determinar que el TNF participa en la fibrogènesi hepàtica induint l’expressió de la MMP-9 i el TIMP-1 en les CEH a través del TNFR1. A més, vam establir una dependència de la senyalització via TNF-R1 per induir canvis en la remodelació de la matriu extracel•lular durant els inicis del procés fibrogènic. Tots junts, els nostres resultats apunten al TNF no només com a promotor del dany hepatocel•lular, si no també com a factor pro-fibrogènic en el fetge. D’aquesta manera, focalitzar com a diana el TNF o més específicament el TNF-R1 podria representar un benefici en quan a la preservació de la integritat hepatocel•lular i millorar la prevenció de la proliferació sostinguda de les CEH millorant així l’impacte de la fibrosi hepàtica (Tarrats 2011). La malaltia de Niemann-Pick (NPD) tipus A és una malaltia rara de l’emmagatzement lisosomal causada por una marcada reducció de l’activitat de l’esfingomielinasa àcida (ASMase). Els pacients amb aquesta malaltia mostren una pèrdua quasi total de la activitat d’aquest enzim patint en conseqüència una degeneració neurològica i afectació hepàtica que redueix la seva esperança de vida al voltant dels 3 anys (Schuchman 2009). En resultats previs en el nostre laboratori (Moles et al 2009) havíem observat que les catepsines B i D (CtsB/D) mitjançaven l’activació de les CEH i la fibrosi hepàtica. D’aquesta manera el nostre objectiu va ser investigar l’estudi de la relació de l’ASMase amb les CtsB/D i la implicació d’aquestes en la NPD tipus A. Els nostres resultats preliminars indicaren que l’ASMase estava per sobre la CtsB/D i que era capaç de regular-ne el processat i senyalització (Moles et al 2010). Així doncs ens vam centrar en l’expressió i processat de les CtsB/D en les CEH de ratolins sense activitat ASMase (ASMase KO), model experimental de la NPD tipus A, i el seu paper en la fibrosi hepàtica. En aquests estudis vam desemmascarar un nou rol de la ASMase en el dany hepàtic i la fibrogènesi, ja que mentre una reducció de l’activitat ASMase protegeix davant la fibrogènesi hepàtica, una ablació total d’aquesta activitat indueix una sobre-expressió compensatòria de la CtsB que condueix a una susceptibilitat de l’organisme a una fibrosi exacerbada. Aquests resultats doncs, mostren un nou rol de l’axis ASMase-CtsB en la malaltia de Niemann-Pick i apunta a la CtsB com a possible diana terapèutica per aquesta malaltia, en particular per la afectació hepàtica que aquests pacients pateixen (Moles-Tarrats et al 2012). / Hepatic fibrosis is primarily caused for an excess of matrix deposition. Liver injury from different aetiologies activates the transdifferentiation process of the hepatic stellate cells (HSC) and from that moment they start producing pro-fibrogenic cytokines and collagen type 1 that will form the characteristic scar tissue of liver fibrosis (Bataller & Brenner 20005). TNF is one of the main inflammation mediators and it had been related with almost all hepatic diseases but the specific contribution to the fibrotic process of TNF and its receptors is still controversial. The aim was to elucidate the role of TNF on the activation process of HSC and fibrogenesis, and whether its two receptors contribute equally to this induction. In this context we use primary culture of HSC from wild type, TNF-R1 knockout, TNF-R2 knockout and TNF-R1-R2 double knockout mice, and the fibrogenic model of Bile Duct Ligation (BDL) to study the impact of TNF signaling and its potential direct contribution to liver fibrosis. Our observations point to TNF not only as an inducer of hepatocellular damage, but also as a pro-fibrogenic factor in the liver. Thus, targeting TNF or its receptor TNFR1, could be of benefit toward preserving hepatocellular integrity and prevent HSC proliferation and liver fibrosis (Tarrats et al 2011). My research also focuses on the study of the implication of cathepsins B/D (CtsB/D) in Niemann-Pick disease (NPD) type A, a rare lysosomal storage disease caused by a marked reduced of Acid Sphingomyelinase (ASMase) activity. NPD type A patients exhibit almost a total loss of ASMase activity and suffer neurological degeneration and liver disease that reduces their lifespan to about 3 years of age (Schuchman 2009). We had seen that that ASMase was upstream of the signalling regulating the processing of CtsB/D (Moles et al 2010) and our aim was to investigate the expression and processing of CtsB/D in HSC from ASMase-null mice (animal model for NPD) and their role in liver fibrosis. Collectively, our results point to a new role for ASMase-CtsB axis in NPD and suggest CtsB as a possible therapeutic target to NPD, particularly for the fibrosis and liver disease phenotype of the disease (Moles-Tarrats et al 2012).

Tesi realitzada al Laboratori per al Diagnóstic i la Recerca de Tumors del Desenvolupament - Hospital Sant Joan de Déu / Los neuroblastomas (NB), ganglioneuroblastomas (GNB) y ganglioneuromas (GN) conforman el grupo de los tumores neuroblásticos (TN). Se trata de un grupo muy heterogéneo de tumores del desarrollo que pueden involucionar espontáneamente, desarrollarse como tumores loco-regionales o presentarse como NB metastásicos. Los TN más diferenciados se asocian a presentaciones clínicas de evolución favorable. Nuestro grupo describió que el receptor sensor de calcio (CaR) se encuentra expresado en TN diferenciados y de buen pronóstico, mientras que su expresión es muy reducida en los NB indiferenciados. El receptor sensor de calcio (CaR) es un receptor acoplado a proteínas G que parece ejercer funciones muy diferentes en distintos tipos de cáncer. En esta tesis, hemos planteado la hipótesis de que CaR ejerza funciones como gen supresor de tumores en el contexto de los TN. Por ello, hemos analizado mecanismos genéticos y epigenéticos potencialmente responsables de la disminución de su expresión en los NB desfavorables y hemos evaluado los efectos derivados de su sobre-expresión y reactivación en líneas celulares de NB en las cuales está silenciado. Hemos hallado que el gen CaR se halla silenciado mediante mecanismos epigenéticos en líneas celulares de neuroblastoma portadoras de amplificación del oncogén MYCN. Estos mecanismos, que cooperan sinérgicamente para reducir o abolir la expresión del gen CaR en este contexto celular, incluyen la hipermetilación de una isla CpG que engloba al promotor 2 de este gen y la hipoacetilación de las histonas. La hipermetilación de la mencionada isla CpG se halla también presente en neuroblastomas primarios, en asociación con niveles reducidos de expresión del ARNm del gen CaR y factores de mal pronóstico en estos tumores como son la amplificación del oncogén MYCN, estadio clínico 4, edad al diagnóstico superior a 18 meses y clasificación anatomopatológica desfavorable. Hemos identificado además la región concreta de la isla CpG que sería crítica para este silenciamiento mediante hipermetilación. Por otra parte, hemos hallado que la monosomía del cromosoma 3, donde se localiza el gen humano CaR, es una alteración genética detectable en la práctica totalidad de los tumores neuroblásticos primarios. El porcentaje de núcleos portadores de esta anomalía genética es mayor en los tumores histológicamente más diferenciados y lentamente proliferativos (neuroblastomas en diferenciación, ganglioneuroblastomas y ganglioneuromas). Además, la sobreexpresión inducida y estable del gen humano CaR en líneas celulares de neuroblastoma en las cuales este gen se halla silenciado mediante hipermetilación de su promotor promueve la disminución de su ritmo de proliferación in vitro. Asimismo, reduce hasta casi abolir su capacidad para formar tumores en ratones inmunodeprimidos. Más aún, la reactivación aguda de este receptor en dichas líneas celulares, induce muerte celular mediante apoptosis, un proceso que es dependiente de la activación de ERK1/2. Así pues, la inactivación epigenética del gen CaR parece ser un mecanismo relevante para la viabilidad, proliferación y tumorigenicidad de las células de neuroblastoma. Por último, el haplotipo TAC, correspondiente al bloque que conforman 3 variantes genéticas funcionalmente relevantes localizadas en el exón 7 del gen CaR (rs1801725, rs1042636 y rs1801726), se correlaciona estadísticamente con el estadio clínico 4 de neuroblastoma. Más aún, este haplotipo, que incluye una variante genética que promueve disminución de la actividad de CaR (rs1801725) pero no el polimorfismo que induce ganancia de función en este receptor (rs1042636), constituye un factor predictor de pronóstico independiente en tumores neuroblásticos y en neuroblastomas. En conjunto, los Resultados de esta Tesis apoyan la Hipótesis inicial según la cual el receptor sensor de calcio ejerce funciones propias de un gen supresor de tumores en el contexto de los tumores neuroblásticos y, por ello, se halla silenciado mediante mecanismos genéticos y epigenéticos en neuroblastomas agresivos, de mal pronóstico. / Neuroblastic tumors (NTs) include the neuroblastomas, ganglioneuroblastomas and ganglioneuromas. Clinical behavior of these tumors varies from regression to aggressive growth with metastatic dissemination. Our previous results indicated that the calcium-sensing receptor (CaR) gene is expressed in differentiated, favorable NTs, but it is almost undetectable in unfavorable neuroblastomas. The aim of this work was to analyze genetic and epigenetic mechanisms potentially responsible the downregulation of the CaR gene in NTs and to evaluate the effects promoted by its re-expression and activation. Hypermethylation of a CpG island encompassing the CaR gene promoter 2 in neuroblastoma cell lines and 25% primary neuroblastomas. Hypermethylation of this region was associated with reduced CaR mRNA expression and several predictors of poor outcome in neuroblastomas, including MYCN amplification. Treatment with 5’aza-2-deoxycitidine (Aza) and/or trichostatin A restored CaR expression in MYCN-amplified cell lines. Following Aza exposure, decreased percentages of methylated CpG sites were observed at the abovementioned region. By interphase fluorescence in situ hybridization, variable percentages of nuclei with monosomy of chromosome 3, where the human CaR gene resides, were observed in >90% of primary NTs of all subgroups. Ectopic overexpression of the CaR in two MYCN-amplified neuroblastoma cell lines in which this gene is silenced by promoter hypermethylation significantly reduced their in vitro proliferation rates and almost abolished their capacity to generate xenografts in immunocompromised mice. Finally, upon acute exposure to calcium, the primary activator of this receptor, CaR-overexpressing neuroblastoma cells underwent apoptosis, a process dependent on sustained activation of ERK1/2. We have also analyzed three functionally relevant polymorphisms of the CaR (rs1801725, rs1042636 and rs1801726) to assess if genetic variants producing a less active receptor are associated with more aggressive disease course. The tri-locus haplotype TAC, that includes the moderately inactivating variant rs1801725 and absence of the gain-of-function rs1042636 polymorphism, was independently associated with an increased risk of death in the entire cohort (Hazard Ratio = 2.45; 95%CI [1.14 -5.29]; P = 0.022) and also in patients diagnosed with neuroblastomas (Hazard Ratio = 2.74; 95%CI [1.20-6.25]; P = 0.016). Altogether, our data would be consistent with a tumor suppressor role of the CaR in neuroblastic tumors.

En la segunda mitad del siglo XX se produjo probablemente la diseminación inicial del virus de la hepatitis C (VHC) a través de inyecciones parenterales poco seguras, procedimientos médicos y quirúrgicos invasivos, y transfusiones de sangre y hemoderivados.A finales de los años setenta se extendió en España el uso intravenoso de drogas, fundamentalmente heroína, lo que abrió una nueva vía de contagio: el uso compartido de material de inyección de drogas intravenosas. El pico de máxima incidencia de nuevos consumidores de heroína inyectada fue a comienzos de la década de los ochenta. En Europa se observan tres patrones de transmisión, el Norte de Europa, con baja prevalencia 0,1%-1% de la población general, la región centroeuropea, con una prevalencia media, y el sur de Europa (sur de Francia, España, Italia y Grecia) con prevalencias de 2,5-3-5%. Con el control de la transmisión nosocomial y transfusional, los genotipos más prevalentes pasaron a ser los relacionados con la adicción a drogas por vía parenteral, 1b, 3 y 4, en detrimento de los genotipos 1a y 2. Apareció entonces la pandemia del síndrome de inmunodeficicencia adquirida SIDA, cuyo agente causal, el VIH, fue rápidamente identificado. Hasta 1989 no se identifica el agente responsable de la hepatitis crónica noA noB, el Flavivirus VHC.Al compartir mecanismos de transmisión, ambas infecciones se entrecruzaron, dando lugar a un solapamiento de las dos epidemias que según algunas estimaciones podría afectar a 10-12 millones de personas. En nuestro país, la cifra de personas infectadas por el VIH-1 es aproximadamente 160.000, de las cuales globalmente, el 55%-65% están coinfectados por VHC, siendo esta cifra mayor entre aquellos que adquirieron la infección vía parenteral, hemofílicos y adictos a drogas, entre los que puede alcanzar el 80-90% de prevalencia, y más baja entre aquellos que adquirieron la infección por transmisión sexual, en los que la prevalencia es tan baja como 4-8%; estas diferencias se deben a que el VHC se transmite muy eficazmente vía parenteral, se estima que el 90% de los adictos de infectan en el primer año de adicción, y poco eficazmente por transmisión sexual. La transmisión vertical, aunque algo mayor en pacientes coinfectados, está alrededor del 10%.La coexistencia en el mismo enfermo de ambas infecciones tiene efectos deletéreos para ambas enfermedades. En la mayoría de los pacientes la respuesta inmunológica frente al VHC llega tarde o no es suficientemente vigorosa o completa, lo que permite una replicación viral sostenida que, a través de errores de trascripción en los continuos ciclos de replicación viral, dará lugar a una cuasi especie del VHC cada vez más adaptada al ambiente del huésped y, por tanto, con mayor capacidad para eludir su sistema inmunitario. La coinfección, además, se asocia con títulos mas elevados de ARN-VHC sobretodo en pacientes con CD4 bajos lo cual posiblemente refleja un déficit en el control de la replicación del VHC secundario a la inmunodeficiencia causada por el VIH-1. El valor de la carga viral del VHC en sangre no se ha relacionado con la evolución de la enfermedad pero si tiene valor pronóstico de cara a la respuesta al tratamiento. La enfermedad hepática progresa más rápidamente hacia la cirrosis y la muerte comportándose para algunos autores como una infección oportunista.En cuanto al VIH, la tolerancia al tratamiento antirretroviral y la respuesta inmunológica son peores en los pacientes coinfectados por el VHC. El VHC podría actuar como cofactor acelerando la progresión de la enfermedad por VIH-1 por diferentes mecanismos: mediante la estimulación del sistema inmunológico podría favorecer la replicación del VIH-1; además la infección de células inmunitarias por el VHC podría favorecer la depleción de linfocitos CD4 y reducir la recuperación inmunológica que acompaña a la supresión de la replicación viral con el tratamiento antirretroviral y, por último, la infección por VHC podría comprometer el beneficio proporcionado por dicho tratamiento como consecuencia de una más frecuente toxicidad hepática que motivaría interrumpir el tratamiento.Al comienzo de la pandemia de SIDA la mortalidad era tan masiva y precoz que minimizaba el impacto de la hepatitis crónica C entre los pacientes coinfectados. Pero incluso entonces ya había descripciones de cómo la infección VIH era capaz de modificar la historia natural de la hepatitis crónica C (HCC), acelerando la evolución hacia la cirrosis. Con el advenimiento del TARGA (terapia antirretroviral de gran actividad), a partir de 1996, la mortalidad por SIDA desciende dramáticamente, y es a partir de entonces que la mortalidad y morbilidad de causa hepática comienza a ser un problema y es responsable en gran medida del exceso de mortalidad de los pacientes infectados por VIH y VHC, comportándose como un epidemia dentro de la epidemia de SIDA. La presente tesis doctoral se presenta como compendio de publicaciones según la normativa aprobada por la Comisión de Doctorado del Consejo de Gobierno de este Universidad en julio de 2008. Los trabajos presentados se enmarcan un una misma línea de investigación: el cuidado de los enfermos de hepatitis crónica C e infección VIH-1.ARTÍCULOS, INCLUIDOS COMO ANEXOS:1. Laguno M, Cifuentes C, Murillas J, Veloso S, Larrousse M, Payeras A, Bonet L, Vidal F, Milinkovic A, Bassa A, Villalonga C, Pérez I, Tural C, Martínez- Rebollar M, Calvo M, Blanco JL, Martínez E, Sánchez-Tapias JM, Gatell JM, Mallolas J. "A randomized trial to compare the efficacy and safety of PEGinterferon alfa-2b plus ribavirin versus PEG-interferon alfa-2a plus ribavirin for treatment of chronic hepatitis C in HIV co-infected patients". Hepatology 2009; 49:22-3102. Laguno M, Larrousse M, Murillas J, Blanco JL, León A, Milinkovic A, Loncá M, Martinez E, Sánchez-Tapias JM, de Lazzari E, Gatell JM, Costa J, Mallolas J. "Predictive Value of Early Virologic Response in HIV/Hepatitis C Virus- Coinfected Patients Treated With an Interferon-Based Regimen Plus Ribavirin". J Acquir Immune Defic Syndr. 2007 Feb 1; 44(2):174-8.3. Laufer N, Laguno M, Perez I, Cifuentes C, Murillas J, Vidal F, Bonet L, Veloso S, Gatell JM, Mallolas J. "Abacavir does not influence the rate of virological response in HIV-HCV-coinfected patients treated with pegylated interferon and weight-adjusted ribavirin". Antivir Ther. 2008; 13(7):953-7.4. Murillas J, Rimola A, Laguno M, De Lazzari E, Rascón J, Aguero F, Blanco JL, Moitinho E, Moreno A, Miro JM, and the ESLD-HIV Working Group Investigators. "The Model for End-Stage Liver Disease Score Is the Best Prognostic Factor in Human Immunodeficiency Virus 1-Infected Patients with End-Stage Liver Disease: A Prospective Cohort Study". Liver Transplantation 2009, en prensa.5. Murillas J, Del Río M, Riera M, Vaquer P, Salas A, Leyes M, Angeles Ribas M, Peñaranda Vera M, Villalonga C. "Increased incidence of hepatocellular carcinoma (HCC) in HIV-1 infected patients". Eur J Intern Med. 2005 Apr; 16(2):113-115.6. Miró JM, Murillas J, Laguno M, Tuset M, Aguero, Moreno A, Rimola A and the Hospital Clinic OLT in HIV Working Group. "Liver Transplantation in HIV-Infected Patients: Update in 2006". HEPATOLOGY Reviews 2006; 3:16-29

Myeloid malignancies (MMs) are a heterogeneous group of haematological malignancies presenting different incidence, prognosis and survival. Changing classifications (French-American-British (FAB), World Health Organization (WHO) 2001 and WHO 2008) and few population-based published studies available in the literature, complicate international comparative epidemiological studies. This is the reason why the population-based Girona Cancer Registry exhaustively evaluates the actual status of MMs diagnosed in our province analysing a fifteen years period, with the aim to increasing the existing data related with incidence and survival of these infrequent pathologies / Les neoplàsies mieloides (NMs) són un grup heterogeni de malalties hematològiques que presenten diferències en la incidència i supervivència. Els canvis existents en la seva classificació (Franco-Americana-Britànica, Organització Mundial de la Salut (OMS) 2001 i OMS 2008) i els pocs estudis de base poblacionals publicats disponibles a la literatura, han complicat els anàlisis epidemiològics comparatius d’aquestes malalties a nivell internacional. Per aquest motiu, el Registre de Càncer de Girona es va proposar avaluar exhaustivament l’estat actual de les NMs diagnosticades a la nostra província analitzant un període de quinze anys, amb el fi d’incrementar així el nombre de dades existents relacionades amb la incidència i supervivència d’aquestes patologies poc freqüents a la nostra societat

Malignant melanoma is the rarest and deadliest of skin cancers causing three times more deaths than all other skin-related malignancies combined. Fortunately, in its early stages, it is completely curable, making a total body skin examination (TBSE) a fundamental procedure for many patients. Despite the advances in body scanning techniques, automated assistance tools for TBSEs have not received due attention. This fact is emphasized in our literature review covering the area of computerized analysis of PSL images. Aiming at the automation of TBSEs, we have designed and built a total body scanner to acquire skin surface images using cross-polarized light. Furthermore, we have developed an algorithm for the automated mapping of PSLs and their change estimation between explorations. The initial tests of the scanner showed that it can be successfully applied for automated mapping and temporal monitoring of multiple lesions / El melanoma maligne és el més rar i mortal de tots els càncers de pell, causant tres vegades més morts que el conjunt de totes les altres malalties malignes de la pell. Afortunadament, en les primeres etapes, és completament curable, fent de les exploracions de pell a nivell de cos complert (TBSE en anglès) un procés fonamental per a molts pacients. Malgrat els avenços en les tècniques d’escaneig cutani, les eines per a realitzar TBSEs de forma automàtica no han rebut massa atenció. Per tant, hem dissenyat i construït un escàner corporal de cobertura total per adquirir imatges de la superfície de la pell utilitzant llum amb polarització creuada. A més, hem desenvolupat un algoritme pel mapeig automàtic de les PSLs i l’estimació dels canvis entre exploracions. Els tests inicials de l’escàner mostren que aquest pot ésser utilitzat satisfactòriament pel mapeig automàtic i el control de canvis temporal de múltiples lesions

The absorbed dose assessment in the presence of tissue heterogeneities in external radiotherapy is an issue that has concerned the medical physics community for almost three decades and it is still a matter of concern. Aiming to obtain dose distributions in clinically-acceptable computation times, analytical dose calculation algorithms integrated in treatment planning systems based their calculations on water-equivalent properties and elemental compositions of each material are disregarded despite the fact that radiation interaction processes strongly depend on them. This approximation provides reasonable accuracy in water-like tissues but the reliability of predicted dose distributions in the patient might be questioned when the radiation beam is traversing complex density heterogeneities, such as air, lung or bone. Experimental verification of dose calculation algorithms is essential and ionization chambers (IC) are the reference detectors for this purpose. However, correction factors to determine the absorbed dose in materials other than water are unknown for most IC types and therefore, they cannot procure reliable measurements in heterogeneous media. Monte Carlo (MC) simulations offer a high precision in dose calculation by tracking all particles individually taking into account the specific properties of each material. Unfortunately, accuracy and computation speed are inversely proportional and MC-based approaches generally entail long calculation times, unaffordable in the clinical routine. Nevertheless, for the cases where the expected errors in the predicted dose distributions during treatment planning are significant, i.e. when the radiation beam path is highly inhomogeneous, the benefit of resorting to MC dose calculations to achieve higher accuracy would be undoubtedly worth a presumably long computation time. In this thesis the suitability of several detectors to accurately determine the absorbed dose in the presence of high-density heterogeneities was evaluated. Ultra-thin thermoluminescent detectors (TLDs) and radiochromic films were considered as potential candidates for entailing low perturbation effects. MC dose calculations enabled to validate and understand the experimental results. Further, both dosimetric techniques were employed to thoroughly examine the behavior of a recently-released non-analytical dose calculation algorithm (AXB)¿which copes with the elemental composition of materials and thus, is claimed to yield promising results¿in heterogeneous phantoms. Finally, a fast algorithm named the heterogeneity index (HI) was developed to quantify the level of patient tissue heterogeneities traversed by the radiotherapy beam. The validity of this HI to easily predict the accuracy of dose distributions based on analytical dose calculations was analyzed by evaluating the correlation between the HI and the dose uncertainties estimated by using MC as the reference. The results show that a detector of 50µm thickness can provide reliable absorbed dose measurements in high-density heterogeneities since perturbation correction factors are unneeded. AXB was found to provide comparable accuracy to MC dose calculations in the presence of heterogeneities but uncertainties in the material assignment procedure might lead to significant changes in the dose distributions, which deserves a word of caution when carrying out experimental verifications. Finally, HI was found to be a fast and good indicator for the accuracy of dose delivery in terms of tumor dose coverage. Accordingly, HI can be implemented in the clinical routine to decide whether or not a MC dose recalculation of the plan should be considered to ensure that dose uncertainties are kept within tolerance levels. In conclusion, this thesis work tackled the main concerns on the absorbed dose calculation and measurement in the presence of tissue heterogeneities.