El carcinoma medular de tiroides (CMT) es un tipo de neoplasia maligna infrecuente, con alto índice metastásico. Se presenta como un solo nódulo en más del 70% de los casos, y los principales órganos de metástasis a distancia son el hígado, el pulmón y el hueso. La metástasis en mama es rara, debido a que dentro de los tumores mamarios, solo entre el 0.2-1.3% son secundarios. El CMT se relaciona íntimamente con la neoplasia endocrina múltiple subtipo 2B (NEM2B), la cual es un desorden autosómico dominante caracterizado por la presencia de CMT y feocromocitoma en ausencia de hiperparatiroidismo. Rara vez, en el contexto de un NEM2B ocurre una metástasis de CMT en la mama, motivo por el cual se está presentando este caso

This Doctoral Thesis project is part of a broader research program whose global aim is to better understand key molecular and cellular events in tumor metastasis, in particular those associated with prostate cancer, in order to identify regulatory molecules, gene networks and biochemical pathways, to propose relevant biomarkers and, finally, to provide proof-of-concept validations for potential therapeutic targets. As a starting point, this particular project has relied on comparative analyses between isogenic tumor cells with high vs. low metastatic potentials. The results of this Thesis project are reflected in two different but closely related studies. Article 1, the main publication of this project, focuses on how phenotypic switches and interactions between distinct tumor cell subpopulations engage or suppress metastasis, and which are the genetic programs that may govern such transformations. Article 2 is more focused on specific molecular post-transcriptional regulatory mechanisms that influence the latter steps of metastatic colonization. 1) Malignant progression in cancer requires populations of tumor-initiating cells (TICs) endowed with unlimited self-renewal, survival under stress and establishment of distant metastases. Additionally, the acquisition of invasive properties driven by epithelial-mesenchymal transition (EMT) is critical for the evolution of neoplastic cells into fully metastatic populations. Here we characterize cellular models derived from prostate and bladder cancer cell lines in which tumor subpopulations expressing a strong epithelial gene program are enriched in highly metastatic TICs, while a second subpopulation with stable mesenchymal traits is impoverished in TICs. Constitutive overexpression of the transcription factor Snai1 in the epithelial/TIC-enriched populations engaged a mesenchymal gene program and suppressed their self-renewal and metastatic phenotypes. Conversely, knockdown of EMT factors in the mesenchymal-like prostate cancer cell subpopulation caused a gain in epithelial features and properties of TICs. Both tumor cell subpopulations cooperated among them, such that the non-metastatic mesenchymal-like prostate cancer subpopulation enhanced the in vitro invasiveness of the metastatic epithelial subpopulation and, in vivo, promoted the escape of the latter from primary implantation sites and accelerated their metastatic colonization. Our models provide new insights into how dynamic interactions between epithelial, self-renewal and mesenchymal gene programs determine the plasticity of epithelial tumor-initiating cells. 2) Although the role of miR-200s in regulating E-cadherin expression and epithelial-to-mesenchymal transition is well established, their influence on metastatic colonization remains controversial. Here we have used clinical and experimental models of breast cancer metastasis to discover a pro-metastatic role of miR-200s that goes beyond their regulation of E-cadherin and epithelial phenotype. Overexpression of miR-200s is associated with increased risk of metastasis in breast cancer and promotes metastatic colonization in mouse models, phenotypes that cannot be recapitulated by E-cadherin expression alone. Genomic and proteomic analyses revealed global shifts in gene expression upon miR-200 overexpression toward that of highly metastatic cells. miR-200s promote metastatic colonization partly through direct targeting of Sec23a, which mediates secretion of metastasis-suppressive proteins, including Igfbp4 and Tinagl1, as validated by functional and clinical correlation studies. Overall, these findings suggest a pleiotropic role of miR-200s in promoting metastatic colonization by influencing E-cadherin–dependent epithelial traits and Sec23a-mediated tumor cell secretome. Both studies, when considered together, share important and novel views of metastasis, mainly in relationship with the last steps of the metastatic cascade, strongly suggesting that prostate, bladder and breast tumor cells with an epithelial non-secretory phenotype are more prone to metastatize. We propose that mesenchymal-like tumor cells with a relatively stable EMT derive from epithelial-CSC cells at the primary tumor site, largely in response to microenvironmental influences. As we have shown in the first study, both tumor cell populations, epithelial-CSC or TIC and mesenchymal-like, interact with each other, one consequence being a transient EMT of the epithelial-CSC population that had retained their epithelial state. Thus, in a given tumor microenvironment, there is a strong pressure for epithelial-CSC to drift from epithelial to mesenchymal-like phenotypes. Together, these heterogeneous populations of tumor cells are effective at overcoming the initial barriers to metastasis where invasion is required. After completing these initial steps, mesenchymal-like tumor cell populations are less critically required, while epithelial-CSC are more important and critical to finally grow metastastatic secondary tumors. There are many reasons to support that epithelial-CSC-unsecretory cells are more capable of metastatic colonization, including the facts that they can form clusters in the bloodstream for better survival, are resistant to anoikis, they show anchorage-independent growth and strong self-renewal capacity that permit them to adapt to different environments and initiate and grow secondary tumors. Very interestingly, such cells have a reduced secretion of metastatic suppressor factors which may interact in autocrine and paracrine fashion with tumoral and stromal cells at metastatic sites. / La progressió maligna en càncer requereix de poblacions iniciadores de tumors (TICs) que tenen capacitat auto-renovadora il•limitada, supervivència baix estrès i d'establir metàstasis a distància. Addicionalment, l'adquisició de propietats invasives per transició epiteli-mesènquima (EMT) és crítica per l'evolució neoplàsica en la conversió a poblacions metastàtiques. Aquí caracteritzem models cel•lulars derivats de línies de càncer de pròstata i bufeta, en les quals unes subpoblacions expressen un programa epitelial enriquit en cèl•lules metastàtiques iniciadores de tumors (TICs), mentre que una segona població presenta característiques mesenquimals i és pobre en cèl•lules iniciadores de tumors (TICs). La sobreexpressió constitutiva del factor de transcripció Snai1 en les poblacions enriquides en cèl.lules epitelials-iniciadores de tumors, indueix el fenotip mesenquimal i suprimeix l'auto-renovador i metastàtic. D'altra banda, el knock-down de factors d'EMT en la subpoblació mesenquimal va provocar el guany de propietats epitelials i de cèl•lules iniciadores de tumors. Aquestes dues subpoblacions de càncer de pròstata poden cooperar entre elles. La subpoblació mesenquimal augmenta la seva invasió in vitro de les epitelials-TICs i in vivo promou la seva sortida del lloc de tumor primari accelerant així la colonització metastàtica. Els nostres models proveeixen nous coneixements en com la dinàmica entre programes epitelials auto-renovadors i mesenquimals, determinen la plasticitat de les cèl•lules epitelials iniciadores de tumors

L’objectiu d’aquest treball és la identificació i caracterització de les principals alteracions en metàstasi hepàtica (MH) de càncer colorectal (CCR) tant a nivell d’expressió gènica com de metilació de l’ADN. Els resultats obtinguts han de servir per millorar la comprensió del procés metastàtic i aportar nous coneixements que puguin ser aplicats en el diagnòstic molecular i en la recerca de noves opcions terapèutiques. Els resultats de la tesi estan estructurats en 2 articles: “LIVER METASTASIS SIGNATURE AS PROGNOSTIC GENES OF DISTANT DISSEMINATION IN STAGE III COLORECTAL CANCER” L’objectiu és la identificació de marcadors moleculars d’expressió gènica importants en el procés metastàtic. 19 mostres aparellades de tumor primari de còlon i MH han estat hibridades en un microarray de cDNA (Affymetrix). S’obté un llistat de 1374 sondes diferencialment expressades de forma significativa entre tumors i metàstasis. S’ha creat una signatura metastàtica (algoritme de Golub) que consta de 7 gens específics de MH: MMP3, MMP1, CYP1B1, CLCA4, MS4A12, SPP1 i CEACAM7. La capacitat de pronòstic de MH d’aquesta signatura en tumors i en mucosa normal de còlon també ha estat avaluada, mitjançant RT‐PCR quantitativa. Segons un anàlisi de regressió logística univariant, els gens MS4A12, CYP1B1 i CLCA4 estan significativament sobreexpressats en tumors metastàtics (n=61) en comparació amb els no metastàtics (n=40). L’anàlisi estadístic Random Forest, a partir dels nivells d’expressió de MS4A12 i CYP1B1 (en tumors i en còlon normal), permet pronosticar disseminació al fetge amb una probabilitat d’encerts del 80%. Ambdós gens mostren major expressió gènica en el component estromal que en el tumoral quan s’analitzen mostres de microdissecció per captura làser. D’altra banda, s’ha desenvolupat un model murí per injecció intraesplènica de línies cel∙lulars humanes de CCR (KM12C i HCT116) capaces de metastatitzar específicament a fetge reproduint així el procés de disseminació en pacients. “ALU ELEMENTS’ METHYLATION ANALYSIS IN METASTATIC COLORECTAL CANCER” L’objectiu és la identificació d’alteracions en la metilació de l’ADN específiques de MH. S’han utilitzat dues metodologies: l’AUMA (Amplification of Unmethylated Alu) i l’array de metilació. En cap cas s’han trobat diferències de metilació entre tumors primaris i MH aparellades. Tot i això, s’ha validat mitjançant seqüenciació per bisulfit i corbes de melting dues bandes d’AUMA amb canvis de metilació recurrents (28 i 33% dels casos) entre mucosa normal de còlon i tumors, anomenades banda B (19q13.32) i banda C (16p13.3). Per limitar l’àrea afectada per aquests canvis de metilació, s’ha fet seqüenciació per bisulfit de les illes CpG veïnes a les bandes B i C concloent que es tracta d’alteracions poc extenses dins el genoma. L’anàlisi transcripcional dels gens propers amb l’array d’expressió (Affymetrix) ens indica que no hi ha regulació de l’expressió gènica per metilació dins una regió de fins a 2Mb lluny de les bandes d’AUMA. Tot i la manca de significació, la línia cel∙lular HCT116 desmetilada (tractament amb AZA i TSA) ha servit per analitzar una possible correlació entre la metilació de les bandes B/C i l’expressió de gens propers. La majoria de gens analitzats estaven sobreexpressats en la línia tractada. Les conclusions principals d’aquesta tesi són dues: ‐ S’ha obtingut una signatura metastàtica de 7 gens específics de MH de CCR. Dos d’aquests gens, MS4A12 i CYP1B1, tenen capacitat per pronosticar MH, fet de gran importància clínica. ‐ No s’han trobat canvis de metilació específics de MH indicant que els canvis epigenètics succeeixen en estadis inicials de la tumorigènesis. / Colorectal cancer (CRC) is the third most common cancer worldwide being liver metastasis (LM) a significant prognostic factor and the main cause of cancer related deaths. Despite of its clinical relevance, metastatic spread process is poorly understood. The aim of this study is to clarify the mechanisms of colorectal cancer LM discovering new molecular markers (transcriptional and epigenetic ones) with significant role in the metastatic process to improve its diagnostics, treatment and prevention. The results can be classified in 2 manuscripts: 1) LIVER METASTASIS SIGNATURE AS PROGNOSTIC GENES OF DISTANT DISSEMINATION IN STAGE III COLORECTAL CANCER 19 paired subjects (colorectal tumor/LM) have been used in cDNA microarrays (Affymetrix) in order to identify specific LM genes. A metastatic signature of 7 specific liver metastasis related genes has been built: MMP3, MMP1, CYP1B1, CLCA4, MS4A12, SPP1 i CEACAM7. Two of them, MS4A12 and CYP1B1, have an important liver metastasis prognosis capability which could be very useful in clinics for CRC prognosis. 2) ALU ELEMENTS’ METHYLATION ANALYSIS IN METASTATIC COLORECTAL CANCER Specific liver metastasis (LM) epigenetic alterations would be interesting for better dissemination process understanding. Two different methodologies have been used: AUMA (Amplification of Unmethylated Alu) and methylation microarray. However, specific LM methylation changes have not been identified being, therefore, early events in adenoma‐carcinoma sequence.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Señala la utilidad diagnóstico de la secuencia FLAIR con gadolinio, en el diagnóstico de las metástasis intracraneales. Se evaluó 85 casos de lesiones primarias en 81 pacientes con metástasis intracraneal, de los cuales 45 tuvo metástasis parenquimal asilada, 31 metástasis leptomeningea aislada y 5 presentaron ambos tipos de metástasis. La metástasis parenquimal se vio en 50 pacientes. Respecto al número de las lesiones detectados, se encontró que el 78 % tuvo igual número de lesiones en ambas secuencias, el 22 % tuvo menor número de lesiones detectadas en la secuencia FLAIR con contraste y en ninguno de los casos la secuencia FLAIR con contraste mostró mayor número de lesiones frente a T1 con contraste. Respecto al tamaño de las lesiones, se encontró que el 74 % de los casos tuvo igual tamaño en ambas secuencias, el 26 % mostró menor tamaño en la secuencia FLAIR con contraste y en ninguno de los casos se encontró lesiones de mayor tamaño en la secuencia FLAIR con contraste respecto a T1. La metástasis leptomeningea se observó en 36 pacientes. Comparando la captación de las imágenes FLAIR con contraste respecto a T1 con contraste se encontró mayor captación en la secuencia FLAIR con contraste en el 66,67 % de los casos, igual captación en ambas secuencias en el 30,56 % y menor captación en la secuencia FLAIR con contraste en el 2,77 %. Referente a la extensión se encontró mayor extensión en la secuencia FLAIR con contraste en el 66,67 % de los casos, igual extensión en ambas secuencias en el 33,33 % y en ninguno de los casos la extensión fue menor en la secuencia FLAIR con contraste frente a T1 con contraste. Concluye que la secuencia FLAIR con contraste y T1 con contraste son complementarias en la identificación de metástasis intracraneal. Esta técnica puede ser incluida como una secuencia de rutina en pacientes con sospecha de metástasis intracraneal. / Trabajo académico

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Determina la exactitud estadística y reproductibilidad diagnóstica mediante Resonancia magnética de cuerpo entero y gammagrafía ósea en pacientes diagnosticadas de cáncer de mama en el Instituto de Enfermedades Neoplásicas. De un total de 44 pacientes con quienes se inicio el estudio, a 37 pacientes (84,1%) se les pudo realizar el seguimiento; 7 pacientes (15,9%) fueron excluidos, de los cuales 2 fallecieron. Se determinó que 17 pacientes (45,9%) tenían metástasis y 20 pacientes (54,1%) no presentaron metástasis. Los resultados para la tabulación binaria de los pacientes evaluados mediante gammagrafía ósea fueron: sensibilidad 82,4% (14/17), especificidad 75% (15/20) y una exactitud diagnóstica de 78,3% Los resultados para la clasificación binaria de los pacientes mediante resonancia magnética entero fueron: sensibilidad 94,1% (16/17), especificidad 90% (18/20) y una exactitud diagnóstica de 91,8%. La exactitud diagnóstica para la detección de metástasis ósea fue superior la resonancia magnética contra la gammagrafía ósea, estos resultados están acorde con otros estudios. Aunque es difícil realizar la comparación de resultados debido a que los diferentes estudios muestran diferencias en los criterios de selección, técnicas y enfoque sobre los datos estadísticos usados En conclusión, la experiencia inicial mostró que la Resonancia de cuerpo entero como herramienta de screening para pacientes oncológicos es un método efectivo para determinar depósitos tempranos de enfermedad tumoral ósea, no necesariamente invasivas y con un alto grado de fiabilidad; siendo su desventaja comparado con la gammagrafía el mayor costo y tiempo de duración del examen, recomendándose sobre todo para búsqueda de lesiones a distancia multiorgánico extraóseo que pueden cambiar la conducta terapéutica del paciente. / Trabajo de investigación

Introducción: El cáncer de estómago, posee una de las más altas incidencias a nivel mundial. En el Perú, no existe un adecuado registro y reporte de casos, que permita una evaluación de los clásicos y nuevos factores descritos en la literatura, así como de factores propios del carcinoma. Objetivo: Determinar la asociación entre el desarrollo de metástasis en pacientes con adenocarcinoma gástrico y el patrón en anillo de sello. Materiales y Métodos: Ejecutamos un estudio de casos y controles en el Instituto Nacional de Enfermedades Neoplásicas (INEN) en pacientes con diagnóstico de cáncer de estómago. Se definió como caso, a todo paciente que desarrolló metástasis y como control, aquel paciente que no desarrolló metástasis, nuestra exposición de interés fue el tipo de adenocarcinoma. Resultados: Evaluamos 174 casos y 93 controles. La edad promedio en los casos y controles fue de 58,8 y 58,6, respectivamente. El 86,78% de casos y 61,29% de controles fueron diagnosticados en estadios avanzados. Además, se evidenció que los casos presentaron una mayor posibilidad 5,57 veces (IC95%: 1,76 – 17,62) de haber presentado los subtipos anillo de sello en conjunto con otros subtipos histológicos en comparación a los controles. Conclusiones: En pacientes con cáncer gástrico que desarrollaron metástasis, el hallazgo del patrón en anillo de sello no es un factor asociado al pronóstico negativo. Por el contrario, podemos afirmar que en las personas con cáncer gástrico que desarrollaron metástasis es probable que hayan presentado algún patrón histológico que haya co-existido con el subtipo adenocarcinoma en anillo de sello. / Background: Stomach cancer has one of the highest incidences worldwide. In Peru, there is no adequate record and report of cases, which allows an evaluation of the classic and new factors described in the literature, as well as factors typical of carcinoma. Objective: To determine the association between the development of metastasis in patients with gastric adenocarcinoma and the histopathological pattern in signet ring cell. Materials and Methods: We conducted a case-control study at the National Institute of Neoplastic Diseases (INEN) in patients diagnosed with stomach cancer. It was defined as case, to any patient who developed metastases and as a control, that patient who did not develop metastases, our exposure of interest was the type of adenocarcinoma. Results: We evaluated a total of 174 cases and 93 controls. The average age in cases and controls was 58.8 and 58.6, respectively. The majority of cases (86,78%) and controls (61,29%) were diagnosed in advanced stages (greater than 2). Likewise, it was evidenced that the cases presented a greater possibility 5.57 times (IC 95%: 1.76 - 17.62) of having presented the seal ring subtypes in conjunction with other histological subtypes compare to the controls. Conclusions: In patients with gastric cancer who developed metastases, the finding of the signet ring pattern is not a factor associated with the negative prognosis. On the contrary, we can affirm that in people with gastric cancer who developed metastases it is likely that they have presented some histological pattern that has co-existed with the adenocarcinoma subtype in the seal ring. / Tesis

El documento digital no refiere asesor / Determina los factores intraoperatorios y postoperatorios, que están asociados en la mayor sobrevida, en 20 pacientes intervenidos de metástasis Hepática de cáncer colorrectal, en el hospital Edgardo Rebagliati Martins con especial énfasis en los factores postoperatorios, que podrían informar acerca de la agresividad del tumor y de la eficacia curativa de la cirugía realizada. Se realizaó un estudio retrospectivo en 20 pacientes intervenidos de MHCCR entre Enero del 2002 y Diciembre de 2009, en el que analizamos factores de supervivencia preoperatorios, intraoperatorios y postoperatorios. El seguimiento fue de 55 ± 3 (intervalo, 12-124) meses. La mortalidad postoperatoria fue del 5% y la morbilidad, del 10%. Entre los factores preoperatorios analizados, la edad > 65 años y el tamaño de la metástasis > 5 cm fueron factores de mal pronóstico independientes, mientras que dos factores significativos de mal pronóstico fueron obtenidos del análisis postoperatorio: microsatelitosis y cifras postoperatorias de CEA > 5 ng/ml (al 1 mes). Se ha encontrado que el sexo, la localización del tumor primario, el tipo de resección, y localización de las metástasis y el CEA pre operatorio son factores que no tienen importancia pronóstica. Se concluye que la cirugía de la Metástasis Hepática ha demostrado ser segura y eficaz. Sin embargo, en pacientes con MHCCR es necesario tener en cuenta los factores postoperatorios que pueden informarnos acerca de la agresividad del tumor y de la eficacia de la cirugía. / Trabajo de investigación

[ES] En los últimos años, los investigadores han intentado explotar la información de las imágenes médicas a través de la evaluación de parámetros cuantitativos para ayudar a los clínicos con el diagnóstico de enfermedades. Esta práctica ha sido bautizada como radiomics. El análisis de texturas proporciona una gran variedad de parámetros que permiten cuantificar la heterogeneidad característica de diferentes tejidos, especialmente cuando se obtienen de imagen por resonancia magnética (IRM). Basándonos en esto, decidimos estudiar las posibilidades de los parámetros texturales extraídos de IRM para caracterizar varios trastornos cerebrales. El potencial de las texturas se analizó con enfoques de aprendizaje automático, usando diferentes clasificadores y métodos de selección de características para hallar el modelo óptimo para cada tarea específica. En esta tesis, la metodología radiomics se usó para realizar cuatro proyectos independientes. En el primer proyecto, estudiamos la diferenciación entre glioblastomas multiformes (GBMs) y metástasis cerebrales (MCs) en IRM convencional. Estos tipos de tumores cerebrales pueden confundirse al diagnosticarse, ya que presentan un perfil radiológico similar y los datos clínicos pueden no ser concluyentes. Con el fin de evitar procedimientos exhaustivos e invasivos, estudiamos el poder discriminatorio de texturas 2D extraídas de imágenes de referencia T1 filtradas y sin filtrar. Los resultados sugieren que los parámetros texturales proporcionan información sobre la heterogeneidad de los GBMs y las MCs que puede servir para distinguir con precisión ambas lesiones cuando se utiliza un enfoque de aprendizaje automático adecuado. En el segundo proyecto, analizamos la clasificación de las MCs según su origen primario en IRM de referencia. En un porcentaje de pacientes, las MCs son diagnosticadas como la primera manifestación de un tumor primario desconocido. Con el fin de detectar el tumor primario de una forma no invasiva y más rápida, examinamos la capacidad del análisis de texturas 2D y 3D para diferenciar las MCs derivadas de los tumores primarios más propensos a metastatizar (cáncer de pulmón, cáncer de mama y melanoma) en imágenes T1. Los resultados mostraron que se logra una alta precisión al usar un conjunto reducido de texturas 3D para diferenciar MCs de cáncer de pulmón de MCs de cáncer de mama y melanoma. En el tercer proyecto, evaluamos las propiedades del hipocampo en IRM para identificar las diferentes etapas de la enfermedad de Alzheimer (EA). Los criterios actuales para diagnosticar la EA requieren la presencia de déficits cognitivos severos. Con la idea de establecer nuevos biomarcadores para detectar la EA en sus primeras etapas, evaluamos un conjunto de texturas 2D y 3D extraídas de IRM del hipocampo de pacientes con EA avanzada, deterioro cognitivo leve y normalidad cognitiva. Muchos parámetros de textura 3D resultaron ser estadísticamente significativos para diferenciar entre pacientes con EA y sujetos de las otras dos poblaciones. Al combinar estos parámetros con técnicas de aprendizaje automático, se obtuvo una alta precisión. En el cuarto proyecto, intentamos caracterizar los patrones de heterogeneidad del ictus cerebral isquémico en IRM estructural. En IRM cerebral de individuos de edad avanzada, algunos procesos patológicos presentan características similares, como las lesiones por ictus y las hiperintensidades de la sustancia blanca (HSBs). Dado que los ictus afectan también al tejido adyacente, decidimos estudiar la viabilidad de texturas 3D extraídas de las HSBs, la sustancia blanca no afectada y las estructuras subcorticales para diferenciar sujetos afectados por ictus lacunares o corticales visibles en IRM convencional (imágenes T1, T2 y FLAIR) de sujetos sin ictus. Las texturas no sirvieron para diferenciar ictus corticales y lacunares, pero se lograron resultados prometedores para discernir pacientes qu / [CA] En els últims anys, els investigadors han intentat explotar la informació de les imatges mèdiques a través de l'avaluació de nombrosos paràmetres quantitatius per ajudar els clínics amb el diagnòstic i la valoració de malalties. Aquesta pràctica ha sigut batejada com radiomics,. L'anàlisi de textures proporciona una gran varietat de paràmetres que permeten quantificar l'heterogeneïtat característica de diferents teixits, especialment quan s'obtenen a partir d'imatge per ressonància magnètica (IRM). Basant-nos en aquests fets, vam decidir estudiar les possibilitats dels paràmetres texturals extrets d'IRM per caracteritzar diversos trastorns cerebrals. El potencial de les textures es va analitzar amb mètodes d'aprenentatge automàtic, usant diferents classificadors i mètodes de selecció de característiques per trobar el model òptim per a cada tasca específica. En aquesta tesi, la metodologia radiomics es va emprar per realitzar quatre projectes independents. En el primer projecte, vam estudiar la diferenciació entre glioblastomes multiformes (GBMs) i metàstasis cerebrals (MCs) en IRM convencional. Aquests tipus de tumors cerebrals poden confondre's al diagnosticar-se ja que presenten un perfil radiològic similar i les dades clíniques poden no ser concloents. Per tal d'evitar procediments exhaustius i invasius, vam estudiar el poder discriminatori de textures 2D extretes d'imatges de referència T1 filtrades i sense filtrar. Els resultats suggereixen que els paràmetres texturals proporcionen informació sobre l'heterogeneïtat dels GBMs i les MCs que pot servir per distingir amb precisió ambdues lesions quan s'utilitza una aproximació d'aprenentatge automàtic adequada. En el segon projecte, vam analitzar la classificació de MCs segons el seu origen primari en IRM de referència. En un percentatge de pacients, les MCs són diagnosticades com la primera manifestació d'un tumor primari desconegut. Per tal de detectar el tumor primari d'una forma no invasiva i més ràpida, vam examinar la capacitat de l'anàlisi de textura 2D i 3D per diferenciar les MCs derivades dels tumors primaris més propensos a metastatitzar (càncer de pulmó, càncer de mama i melanoma) en imatges T1. Els resultats van mostrar que s'aconsegueix una alta precisió quan s'utilitza un conjunt reduït de textures 3D per diferenciar les MCs de càncer de pulmó de les MCs de càncer de mama i melanoma. En el tercer projecte, vam avaluar les propietats de l'hipocamp en la IRM per identificar les diferents etapes de la malaltia d'Alzheimer (MA). Els criteris actuals per diagnosticar la MA requereixen la presència de dèficits cognitius severs. Amb la idea d'establir nous biomarcadors per detectar la MA en les seues primeres etapes, vam avaluar un conjunt de textures 2D i 3D extretes d'IRM de l'hipocamp de pacients amb MA avançada, deteriorament cognitiu lleu i normalitat cognitiva. Molts paràmetres de textura 3D van resultar ser estadísticament significatius per diferenciar entre pacients amb MA i individus de les altres dues poblacions. En combinar aquests paràmetres amb tècniques d'aprenentatge automàtic, es va obtenir una alta precisió. En el quart projecte, vam intentar caracteritzar els patrons d'heterogeneïtat de l'ictus cerebral isquèmic en la IRM estructural. En la IRM cerebral d'individus d'edat avançada, alguns processos patològics presenten característiques similars, com les lesions per ictus i les hiperintensitats de la substància blanca (HSBs). Atès que els ictus tenen efecte també en teixit adjacent, vam decidir estudiar la viabilitat de textures 3D extretes de les HSBs, la substància blanca no afectada i les estructures subcorticals per diferenciar individus afectats per ictus llacunars o corticals visibles en IRM convencional (imatges T1, T2 i FLAIR) d'individus sense ictus. Les textures no foren útils per diferenciar ictus corticals i llacunars, però es van obtenir resultats prometedors per disce / [EN] Over the last years, researchers have attempted to exploit the information provided by medical images through the evaluation of numerous imaging quantitative parameters in order to help clinicians with the diagnosis and assessment of many lesions and diseases. This practice has been recently named as radiomics. Texture analysis supply a wide range of features that allow quantifying the distinctive heterogeneity of different tissues, especially when obtained from magnetic resonance imaging (MRI). With this in mind, we decided to study the possibilities of texture features from MRI in order to characterize several disorders that affect the human brain. The potential of texture features was analyzed with various machine learning approaches, involving different classifiers and feature selection methods so as to find the optimal model to accomplish each specific task. In this thesis, the radiomics methodology was used to perform four independent projects. In the first project, we studied the differentiation between glioblastomas (GBMs) and brain metastases (BMs) in conventional MRI. Sometimes these types of brain tumors can be misdiagnosed since they may present a similar radiological profile and the clinical data may be inconclusive. With the aim of avoiding exhaustive and invasive procedures, we studied the discriminatory power of a large amount of 2D texture features extracted from baseline original and filtered T1-weighted images. The results suggest that 2D texture features provide some heterogeneity information of GBMs and BMs that can help in their accurate discernment when using the proper machine learning approach. In the second project, we analyzed the classification of BMs by their primary site of origin in baseline MRI. A percentage of patients are diagnosed with BM as the first manifestation of an unknown primary tumor. In order to detect the primary tumor in a faster non-invasive way, we examined the capability of 2D and 3D texture analysis to differentiate BMs derived from the most common primary tumors (lung cancer, breast cancer and melanoma) in T1-weighted images. The results showed that high accuracy was achieved when using a reduced set of 3D descriptors to differentiate lung cancer BMs from breast cancer and melanoma BMs. In the third project, we evaluated the hippocampus MRI profile of Alzheimer's disease (AD) patients to identify the different stages of the disease. The current criteria for diagnosing AD require the presence of relevant cognitive deficits. With the purpose of establishing new biomarkers to detect AD in its early stages, we evaluated a set of 2D and 3D texture features extracted from MRI scans of the hippocampus of patients with advanced AD, early mild cognitive impairment and cognitive normality. Many 3D texture parameters resulted to be statistically significant to differentiate between AD patients and subjects from the other two populations. When combining these 3D parameters with machine learning techniques, high accuracy was obtained. In the fourth project, we attempted to characterize the heterogeneity patterns of ischemic stroke in structural MRI. In brain MRI of older individuals, some pathological processes present similar imaging characteristics, like in the case of stroke lesions and white matter hyperintensities (WMH) of diverse natures. Given that stroke effects are present not only in the affected region, but also in unaffected tissue, we investigated the feasibility of 3D texture features from WMH, normal-appearing white matter and subcortical structures to differentiate individuals who had a lacunar or cortical stroke visible on conventional brain MRI (T1-weighted, T2-weighted and FLAIR images) from subjects who did not. Texture features were not useful to differentiate between post-acute cortical and lacunar strokes, but promising results were achieved for discerning between patients presenting an old stroke and normal-ageing patients who never had a stroke. / Ortiz Ramón, R. (2019). Radiomics for diagnosis and assessing brain diseases: an approach based on texture analysis on magnetic resonance imaging [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/119118

Made available in DSpace on 2016-01-26T12:51:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alessandravidotto_tese.pdf: 5410688 bytes, checksum: e1af0ab5bd616652ebf0225cd33f4c1d (MD5) Previous issue date: 2009-08-27 / The regional lymph nodes play a pivotal role in diagnosis, staging and management of head and neck squamous cell carcinomas (HNSCC). Despite their importance, detailed understanding of the probable mechanisms of lymphatic metastases has not been completely achieved. Subjects and Methods: We analyzed metastatic and normal lymph node tissues, as well as saliva and serum from sixth-two patients with HNSCC, and twenty-nine controls using two-dimensional electrophoresis, MALDI-Q-TOF and western blot. Results: Several proteins were found to be significantly increased in metastatic nodes, such as stratifin, glutathione S-transferase pi, apoliproteín A-I, alpha-1-microglobulin, disulfide isomerase, galectin, citokeratins, immunoglobulins, transtirretin, calciun-binding protein (família S100) and fat-binding protein (FABP). Among the down-regulated proteins in metastatic lymph nodes are calreticulin, tropomiosin 3, triosephosphate isomerase, piruvate quinase, anidrase carbonic, gamma actin, peroxiredoxin 2, profilin 1, gliceraldeyde 3- fosfato desidrogenase and heat shock proteins. These proteins are involved in epidermis development, cell proliferation, migration and adhesion, apoptosis, defense and inflammatory response and xenobiotic metabolism. Our data on the expression of heat shock proteins and enzymes of the glycolytic pathway suggest an effect of the lymph node environment in controlling tumor progression or in metabolic reprogramming of the metastatic cell. In saliva, 13 proteins showed an altered pattern of expression in samples patient, including over-expression of keratins, immunoglobulins, alphaamylase, PLUNC and zinc-alpha-2-glycoprotein and down-regulation of myosin. In serum samples, six proteins were over-expressed (serum albumin, alpha-1- microglobulin/bikunin precursor, apolipoprotein A-I, haptoglobin, serotransferrin, transthyretin) and two were under-expressed (hemoglobin subunit alpha, hemoglobin subunit beta) compared to the control group. Conclusion: New potential markers, such as profilin-1 and E-FABP, were identified and may be proved useful for defining the invasive phenotype of head and neck carcinomas. / O comprometimento de linfonodos regionais por células neoplásicas é atualmente o indicador mais utilizado para prognóstico em pacientes com carcinoma epidermóide de cabeça e pescoço (CECP). Apesar disso, a compreensão detalhada dos mecanismos envolvidos na formação de metástases linfáticas ainda não foi completamente atingida. Casuística e Método: Foi avaliado o perfil protéico de linfonodos metastáticos e não metastáticos, bem como de amostras de saliva e soro de 62 pacientes em diferentes estágios da doença e de 29 controles, utilizando eletroforese bidimensional, espectrometria de massas por MALDI-Q-TOF e experimentos de validação por Western blot. Resultados: Os resultados mostraram várias proteínas com expressão elevada em linfonodos metastáticos em relação aos não metastáticos, como stratifina, glutathiona S-transferase pi, apoliproteína A-I, alfa-1-microglobulina, dissulfeto isomerase, galectinas, citoqueratinas, imunoglobulinas, transtirretina e proteínas de ligação ao cálcio (família S100) e a ácidos graxos (FABP). De forma inversa, as proteínas calrreticulina, tropomiosina 3, triofosfato isomerase, piruvato quinase, anidrase carbônica, gama actina, peroxirredoxina 2, profilina 1, gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase e proteínas de choque térmico mostraram níveis reduzidos em linfonodos metastáticos. Essas proteínas estão envolvidas em processos de desenvolvimento epidérmico, proliferação, migração e adesão celular, apoptose, resposta inflamatória e metabolismo de xenobióticos. Os dados relacionados à expressão de proteínas de choque térmico e enzimas da via glicolítica sugerem um efeito do ambiente dos linfonodos e no controle da progressão do tumor ou na reprogramação das células metastáticas. Em saliva, 13 proteínas exibiram um padrão alterado nas amostras de pacientes com câncer, incluindo expressão elevada de queratinas, imunoglobulinas, alfa-amilase, PLUNC e zinc-alfa-2-glicoproteína e expressão reduzida de miosina. Em amostras de soro, seis proteínas apresentaram expressão aumentada (albumina, alfa-1-microglobulina/bikunina precursor, apolipoproteína A-I, haptoglobina, serotransferrina e transtirretina) e duas estavam com expressão diminuída (hemoglobina alfa e hemoglobina beta), quando comparadas com o grupo controle. Conclusão: Os resultados obtidos revelaram novos marcadores potenciais, como profilina 1 e E-FABP, PLUNC e transtirretin que podem ser úteis na definição do fenótipo invasivo e no rastreamento e diagnóstico desse grupo de neoplasias.

The Polycomb group (PcG) family of proteins form chromatin-modifying complexes essential for embryonic development, and stem cell renewal and are commonly deregulated in cancer. There are several reports that address the possible implication of PcG proteins in tumor progression and metastasis, but very little is known about the specific role of these proteins in tumor progression and invasion. On the other hand, the molecular processes of the worst cancer prognosis, metastasis, which leads to an incurable disease, are yet incompletely elucidated. Here we show a role for Ring1B, a PcG protein, in three processes related to metastasis: in the Epithelial-mesenchymal transition (EMT), a critical morphogenic event that occurs during embryonic development and during the progression of various epithelial tumors, an in the migration and the invasion of mammary epithelial cells. / Las proteínas del grupo Polycomb (PcG) forman complejos modificadores de la cromatina esenciales en el desarrollo embrionario y en la renovación de las células madre, y su desregulación ha sido asociada al cáncer. Varios estudios muestran la posible implicación de las proteínas de PcG en la progresión tumoral y en la metástasis, pero a pesar de ello se sabe muy poco de los procesos moleculares en los que estas proteínas están participando. Por otro lado, los procesos moleculares responsables del peor pronóstico en cáncer, la metástasis, que continua siendo una enfermedad incurable, siguen sin estar completamente elucidados. En esta disertación mostramos el papel de Ring1B, una proteína del PcG, en tres procesos implicados en la metástasis: en la transición epitelio-mesénquima (EMT), un proceso morfogénico crítico en el desarrollo embrionario y durante la progresión de varios cánceres epiteliales, y en la migración y la invasión de las células epiteliales mamarias.