SIMFp – Sistema de Imagen Multimodal y Funcional Preclínica
La prestación SIMFp (Sistema de Imagen Multimodal y Funcional Preclínica) proporciona una plataforma avanzada para la obtención de imagen in vivo en pequeños animales, principalmente ratón y rata. El sistema combina diferentes modalidades de imagen que permiten analizar simultáneamente estructura anatómica, actividad metabólica, procesos moleculares y dinámica celular, proporcionando una visión integral de los modelos experimentales.
La infraestructura destaca especialmente por la integración de tecnologías de imagen óptica y nuclear, permitiendo estudiar desde la expresión génica o la migración celular hasta la localización anatómica precisa de lesiones o procesos fisiopatológicos. En el contexto de la investigación biomédica, la imagen preclínica multimodal se ha consolidado como una tecnología fundamental para comprender los mecanismos de enfermedad y evaluar nuevas estrategias terapéuticas.
Descripción del equipo
La infraestructura combina dos plataformas principales:
• Sistema de imagen óptica LAGO (Spectral Instruments Imaging) para bioluminiscencia, fluorescencia.
• Sistema modular MOLECUBES, que integra modalidades de PET, SPECT y CT para imagen molecular y estructural de alta resolución.
Esta combinación convierte a SIMFp en una infraestructura singular, ya que la integración de la plataforma LAGO con el sistema modular MOLECUBES es actualmente única en España, permitiendo combinar imagen óptica de alta sensibilidad con técnicas de imagen nuclear y tomográfica.
Los módulos PET, SPECT y CT del sistema MOLECUBES, además, pueden operar de forma independiente, aunque con PET y SPECT generalmente se hace un co-registro con CT.
Tanto la zona en la que se encuentra el LAGO como el micro PET/SPECT/CT cuentan con un equipo de anestesia inhalatoria, control térmico y sistemas de posicionamiento multimodal, lo que permite realizar estudios complejos manteniendo las condiciones fisiológicas del animal durante la adquisición de imagen. Además, los modulos del sistema molecubes incorporan la posibilidad de monitorizar ECG del animal, además de la respiración.
Características del equipo
Imagen óptica (bioluminiscencia y fluorescencia)
El sistema LAGO permite realizar estudios de bioluminiscencia (BLI) y fluorescencia (FLI) con una sensibilidad extremadamente alta gracias a una cámara CCD refrigerada (-90ºC) de alto rendimiento y sistemas de iluminación LED multiespectral (20 LEDS).
Entre sus características principales destacan:
• Detección de señales lumínicas muy débiles, ideal para estudios de expresión génica o seguimiento celular.
• Amplio campo de visión (hasta 25 × 25 cm) que permite analizar simultáneamente varios animales.
• Capacidad para estudiar hasta 10 ratones simultaneamente.
• Sistema de filtros espectrales para análisis multicanal de fluorescencia.
• El sistema tiene calibración absoluta y no hace falta ajustar los settings para cada experimento y adquisición.
Imagen PET (β-CUBE)
La modalidad PET permite estudiar procesos metabólicos y moleculares mediante radiofármacos emisores de positrones, como ¹⁸F, ⁶⁸Ga o ⁸⁹Zr.
El módulo β-CUBE ofrece:
• Resolución espacial inferior a 850 µm
• Alta sensibilidad (>12 %)
• Adquisiciones dinámicas para estudios cinéticos
• Imagen de cuerpo completo en ratón y rata
• Posibilidad de imagen multianimal simultánea.
Imagen SPECT (γ-CUBE)
El módulo SPECT permite la adquisición de imagen nuclear utilizando radioisótopos emisores gamma como ⁹⁹ᵐTc o ¹⁷⁷Lu.
Sus principales características incluyen:
• Resolución inferior a 500 µm
• Colimadores específicos para ratón y rata
• Imagen de cuerpo completo
• Posibilidad de estudios multiisotópicos
• Monitorización fisiológica durante la adquisición.
Tomografía computarizada (X-CUBE CT)
El sistema CT proporciona imágenes anatómicas de alta resolución con tamaños de voxel de hasta 50 µm, permitiendo visualizar con gran precisión estructuras óseas y tejidos blandos.
Entre sus capacidades destacan:
• Imagen anatómica de alta resolución
• Estudios de cuerpo completo
• Adquisiciones sincronizadas con respiración o latido cardíaco
• Reconstrucción iterativa avanzada
• Excelente contraste de tejidos.
La CT permite además corrección de atenuación y co-registro anatómico para PET y SPECT.
Aplicaciones de la tecnología
La plataforma SIMFp permite realizar estudios avanzados en múltiples áreas de investigación biomédica, combinando información funcional, molecular y anatómica.
Investigación en cáncer
Una de las aplicaciones más extendidas de la imagen multimodal es el estudio de progresión tumoral y la respuesta a distintas terapias.
• Estudio PET con ¹⁸F-FDG para estudiar el metabolismo glucídico en tumores.
• Imagen de bioluminiscencia para monitorizar células tumorales modificadas genéticamente que expresan luciferasa.
• CT para localizar anatómicamente tumores y metástasis.
Esta combinación permite seguir la evolución del tumor en el mismo animal a lo largo del tiempo y evaluar la eficacia de terapias antitumorales experimentales.
Desarrollo y evaluación de fármacos
La imagen preclínica es fundamental en investigación farmacológica y desarrollo de nuevos medicamentos. Unos ejemplos serian:
• PET para estudiar la biodistribución de anticuerpos o nanopartículas terapéuticas.
• SPECT para evaluar la captación de radiotrazadores dirigidos a receptores específicos.
• Imagen óptica para monitorizar respuestas celulares inducidas por fármacos.
• Desarrollo de nanopartículas combinando fluorescencia y trazador PET para radiodiagnóstico guiado, com por ejemplo, podría ser la detección de los ganglios centinela.
Estas técnicas permiten analizar farmacocinética, farmacodinamia y eficacia terapéutica de forma no invasiva.
Neurociencia
En el campo de la neurociencia, el estudio con imagen PET en preclínica permite estudiar procesos cerebrales como:
• Metabolismo neuronal, mediante trazadores como ¹⁸F-FDG, que reflejan la captación y el consumo de glucosa.
• Neuroinflamación, empleando radiofármacos dirigidos a proteínas del sistema inmunitario como TSPO.
• Actividad sináptica, a través de ligandos que se unen a receptores o transportadores específicos en la sinapsis.
• Neurodegeneración, monitorizando la pérdida neuronal, la disfunción metabólica y la acumulación de proteínas patológicas.
Uno de los principales ámbitos de aplicación es el estudio de modelos murinos de enfermedad de Alzheimer, en los cuales es posible visualizar placas de β-amiloide y depósitos de proteína tau utilizando radiofármacos marcados con flúor-18 (¹⁸F) u otros isótopos. Estas técnicas permiten evaluar de forma no invasiva la progresión de la patología, cuantificar carga amiloide, estudiar la respuesta inflamatoria asociada y analizar el efecto de nuevos tratamientos en etapas muy tempranas de la enfermedad.
Inmunología e infecciones
En este campo entraríamos en las técnicas de imagen óptica en preclínica, que nos permiten estudiar en tiempo real procesos inmunológicos y mecanismos de infección, aportando información funcional con gran sensibilidad. Entre sus principales aplicaciones se incluyen:
• Seguimiento de células inmunitarias marcadas con proteínas fluorescentes o sondas específicas, lo que permite analizar su migración, activación y acumulación en tejidos.
• Monitorización de infecciones bacterianas o virales mediante sistemas de bioluminiscencia, que facilitan visualizar la progresión de la infección, la carga patogénica y la respuesta al tratamiento antimicrobiano.
• Análisis de procesos inflamatorios, evaluando la expresión de mediadores, la infiltración celular y la dinámica de la respuesta inmune en distintos órganos y tejidos.
Financiación
Este equipo ha sido financiado en su totalidad con fondos europeos en la convocatoria de adquisición de equipamiento científico-técnico 2021 del Fondo Next Generation EU, Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia / Proyecto EQC2021- 007451-P, por un importe de 1.039.346 €.
Ubicación
El SIMFp se encuentra ubicado en la Unidad de Experimentación In Vivo del campus de medicina de Bellvitge.