11 research outputs found

    Exploring new labelling strategies for boronated compounds: towards fast development and efficient assessment of BNCT drug candidates

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    208 p.La terapia por captura de neutrones (BNCT o Boron Neutron Capture Therapy), fue descrita por primera vez por Locher en 1936 y es una modalidad terapéutica binaria para el tratamiento del cáncer que se basa en la captura de neutrones térmicos por medio de átomos de 10B, previamente acumulados en las células tumorales. La captura del neutrón térmico resulta en la formación de un núcleo de 11B, que fisiona para generar dos iones altamente energéticos: 4He2+ y 7Li3+. El daño y la posterior muerte celular se producen por la ionización que provocan estas partículas en su recorrido, antes de perder completamente su energía. El desarrollo histórico de la BNCT se ha centrado en el tratamiento de tumores cerebrales malignos, cuya extirpación resulta arriesgada y el tratamiento mediante técnicas como la radioterapia o la quimioterapia provocan daños importantes en el tejido sano circundante. Se estima que se requieren aproximadamente entre 10 y 30 ¿g de 10B por gramo de tumor para obtener resultados terapéuticos relevantes, aunque esta cantidad puede reducirse considerablemente si la acumulación se localiza cerca del núcleo celular. De lo expuesto anteriormente se deduce que resulta de elevada importancia el diseño de moléculas que posean un gran número de átomos de 10B en su estructura y que presenten elevada afinidad/especificidad por las células tumorales. Los heteroboranos poliédricos representan una estructura química altamente recurrida para su aplicación en la BNCT. Este hecho se debe, por un lado, a la alta acumulación de átomos de boro en una misma molécula y, por otro lado, a su elevada versatilidad química. Entre los heteroboranos poliédricos se encuentran los dicarba-closo-dodecaboranos (también llamados carbaboranos o carboranos, de fórmula empírica general C2B10H12), que presentan geometría prácticamente icosaédrica, de modo que cada átomo de carbono y/o boro están hexacoordinados. Existen en las formas isoméricas orto, meta y para, que difieren entre sí en la posición relativa de los átomos de carbono del clúster; sus características físico-químicas más relevantes son su elevada versatilidad y su elevada estabilidad térmica y fotoquímica en el rango UV-visible. Debido a estas características únicas, los carboranos se han utilizado históricamente para preparar catalizadores, polímeros, compuestos de coordinación y radiofármacos, aunque una de sus principales aplicaciones radica en la preparación de compuestos aptos para su utilización en la BNCT; durante las últimas décadas, muchos grupos de investigación han desarrollado nuevas estructuras incorporando heteroboranos poliédricos en general y carboranos en particular con potencial aplicación en la BNCT. Una de las estrategias más utilizadas consiste en incorporar una molécula de orto-carborano a diferentes carbohidratos, ya que estos últimos presentan no sólo baja toxicidad, sino que poseen cierta afinidad hacia determinados receptores específicos que se encuentran en la superficie tumoral y compensan la elevada hidrofobicidad inherente al clúster de carborano, que podría provocar unión inespecífica indeseada o acumulación en el hígado. Estrategias alternativas proponen la síntesis de aminoácidos, porfirinas, poliaminas, o nucleósidos (o derivados de éstos) que contienen carboranos como grupos sustituyentes, o de liposomas que contienen en su interior heteroboranos poliédricos que se liberan en los tumores aprovechando la vasculatura inmadura que se encuentra en las inmediaciones de los tumores que proliferan rápidamente. Estudios pre-clínicos efectuados sobre algunos de los compuestos anteriormente citados han demostrado claramente la eficacia terapéutica en muchos modelos tumorales (especialmente en tumores cerebrales), e incluso algunos ensayos clínicos han demostrado que la BNCT puede implementarse de forma segura a nivel clínico. Sin embargo, la eficacia terapéutica sólo está garantizada en el caso en que el fármaco se encuentre en el interior de las células tumorales y, a ser posible, cerca del núcleo. Es por lo tanto crucial disponer de una herramienta capaz de monitorizar el comportamiento fisiológico y farmacológico de los átomos de 10B (o del fármaco portador) dentro del paciente. Dicha herramienta debería permitir (idealmente) determinar de manera no invasiva la concentración de 10B en tejido, sangre y orina, así como la distribución espacial microscópica a nivel celular y sub-celular. En la actualidad, la comunidad científica dispone de varios métodos que permiten determinar la concentración de 10B en muestras, tanto a nivel macroscópico como microscópico. Uno de los más utilizados históricamente es la Espectroscopia de Rayos Gamma Prompt (PGRA) que permite medir el contenido medio de 10B en muestras macroscópicas. Otras técnicas comúnmente utilizadas (de forma aislada o en combinación con otras) son la Espectroscopia de Emisión por Plasma de Acoplamiento Inductivo (ICP-EOS), Autorradiografía Alfa de Alta Resolución, Radiografía por Captura de Neutrones (NCR) y Espectroscopía Electrónica de Pérdidas de Energía (EELS). Todas las técnicas citadas anteriormente tienen en común que son invasivas (aunque no necesariamente destructivas) y que determinan directamente la cantidad de boro. Una alternativa a dichas técnicas consiste en determinar la concentración de fármaco portador de boro y no directamente la cantidad de 10B, y es en este escenario donde cobran importancia las técnicas de imagen molecular, en especial las técnicas nucleares de imagen, entre las que se encuentran la Tomografía por Emisión de Fotón Único (SPECT) y la Tomografía por Emisión de Positrones (PET). Ambas técnicas (PET y SPECT) permiten obtener imágenes tridimensionales in vivo y a tiempo real, que ofrecen información acerca de la distribución espacio-temporal de un radiotrazador administrado a un sujeto, siendo el radiotrazador cualquier especie química marcada con un radioisótopo emisor de fotones gamma (SPECT) o de positrones (PET). Durante los últimos años las técnicas nucleares se han postulado como una herramienta fundamental no sólo en el entorno diagnóstico, sino también para el estudio farmacocinético y farmacodinámico de nuevas entidades químicas. En el supuesto que se marcara isotópicamente un fármaco con potencial aplicación en la BNCT, las técnicas de imagen nuclear permitirían conocer, en cada momento y para cada parte del organismo, la concentración de fármaco una vez éste se hubiera administrado a un sujeto. A pesar del potencial teórico que presentan las técnicas de imagen nuclear, la principal dificultad en su aplicación radica en la necesidad de marcar radiactivamente todos y cada uno de los fármacos potencialmente activos. Este hecho, unido al corto período de semidesintegración de los isótopos más comúnmente empleados (que obliga a desarrollar procesos de marcaje rápidos, efectivos y automatizables) ha provocado que hasta la fecha tan sólo se haya marcado un candidato (L-para-boronofenilalanina, BPA) con Flúor-18 (isótopo emisor de positrones). Los ensayos realizados con este compuesto (en los que se combina la PET con técnicas de imagen anatómicas, concretamente Tomografía Computerizada o CT) permitieron determinar la farmacocinética, el metabolismo y la acumulación en tejido del radiotrazador (18F-BPA). La acumulación del radiotrazador en tumor determinada mediante las técnicas de imagen correspondía con la acumulación de fármaco (BPA) determinada mediante técnicas ex vivo. Es evidente, pues, que las técnicas de imagen nuclear, especialmente la PET (que a diferencia de la SPECT permite una cuantificación absoluta de la distribución espacio-temporal del radiotrazador) pueden desarrollar un papel fundamental en el salto hacia la aplicación clínica de la BNCT como modalidad terapéutica rutinaria en el entorno hospitalario. Para ello es imprescindible, sin embargo, diseñar estrategias para la incorporación de isótopos radiactivos (emisores de positrones o emisores gamma) a moléculas ricas en boro. Esta es precisamente la temática que se aborda en la presente tesis doctoral. En el capítulo 4 se presentan dos estrategias diferentes para la incorporación de isótopos radiactivos en carboranos funcionalizados. La primera estrategia se basa en la mono-[18F]fluoración del o-carborano mediante sustitución nucleofílica, utilizando el anión [18F]F- producido mediante irradiación de agua enriquecida en oxígeno-18 con protones acelerados, y una sal de arilyodonio del carborano. Una vez producido el marcaje, se plantea la funcionalización del carborano marcado radiactivamente mediante formación de la sal litiada y posterior reacción con aldehídos. La segunda estrategia se basa en la preparación de decaborano radio-yodado mediante intercambio isotópico, y subsiguiente reacción con acetilenos sustituidos en acetonitrilo (que actúa simultáneamente como base de Lewis y como disolvente) bajo calentamiento con microondas, rindiendo derivados del o-carborano funcionalizados con diferentes sustituyentes. Ambas estrategias poseen un elevado valor sintético ya que permiten la preparación de una amplia variedad de carboranos marcados radiactivamente. Fruto del trabajo expuesto en este capítulo han resultado dos publicaciones científicas en revistas internacionales:1- Gona KB, Gómez-Vallejo V, Padro D, Llop J; [18F]Fluorination of o-carborane via nucleophilic substitution: towards a versatile platform for the preparation of 18F-labelled BNCT drug candidates. Chemical Communications, 2013. 49(98): 11491-11493. 2- Gona KB, Lakshmi VPN Thota J, Baz Z, Gómez-Vallejo V, Llop J, Straightforward synthesis of radioiodinated Cc-substituted o-carboranes: towards a versatile platform to enable in vivo assessment of BNCT drug candidates. Dalton Transactions. 2015. 44: 9915-9920. Actualmente se está preparando una tercera publicación.En el capítulo 5 se presentan estrategias para el marcaje de derivados del anión cobalto-bis-dicarballuro (COSAN). Para ello, se utilizan reacciones de intercambio isotópico catalizadas por paladio utilizando dos isótopos radiactivos: 125I (emisor gamma de baja energía) y 124I (emisor de positrones). Los derivados marcados con 125I se utilizaron para determinar el patrón de biodistribución en roedores utilizando disección y contaje de órganos, mientras que los análogos marcados con 124I se utilizaron para determinar el patrón de biodistribución mediante PET-CT, utilizando para ello tanto animales sanos como diferentes modelos tumorales. Cabe destacar que este trabajo se realizó en estrecha colaboración con el grupo de investigación liderado por los Profesores Francesc Teixidor y Clara Viñas, del Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC). Dicho grupo de investigación llevó a cabo la síntesis de los precursores para el marcaje y participó activamente en el análisis de los resultados obtenidos y presentados en este capítulo. Fruto del trabajo realizado, ha resultado una publicación científica en una revista internacional: 3- Gona KB, Zaulet A, Gómez-Vallejo V, Teixidor F, Llop J, Viñas C; COSAN as a molecular imaging platform: synthesis and ¿in vivo¿ imaging. Chemical Communications. 2014. 50: 11415-11417. Actualmente se está preparando una segunda publicación.Los capítulos 6 y 7 de esta tesis doctoral se han focalizado en la preparación de análogos de carboranos marcados con Carbono-11. En el capítulo 6 se describe la preparación de dos análogos del 2-(4-aminofenil) benzotiazol en los que el anillo bencénico se sustituye por una unidad m-carborano. Posteriormente, se procede a la incorporación del isótopo radiactivo mediante metilación. Para ello, se genera en primera instancia el precursor radiactivo [11C]CH3I, que es transformado en [11C]CH3OTf para llevar a cabo la correspondiente reacción de metilación. Este trabajo resultó en la publicación de un artículo científico:4- Gona KB, Lakshmi VPN Thota J, Baz Z, Gómez-Vallejo V, Llop J, Synthesis and 11C-radiolabelling of 2-carboranyl benzothiazoles. Molecules. 2015. 20: 7495-7508.Por último, en el capítulo 7 se describe un método novedoso para la preparación de amidas en un solo paso, mediante carbonilación catalítica de 1-iodo-1,7-dicarba-closo-dodecaborano utilizando monóxido de carbono. Esta reacción, si bien no se ha ensayado en condiciones de radiactividad, sería fácilmente trasladable a la preparación de compuestos marcados con carbono-11, ya que el [11C]CO es un sintón ampliamente utilizado en el contexto de la radioquímica. Con el fin de proceder en un futuro a la preparación de amidas marcadas radiactivamente incorporando un clúster de carborano, en el contexto de esta tesis doctoral se ha puesto a punto un método para producir rutinariamente la especie radiactiva [11C]CO a partir de [11C]CO2 producido en el ciclotrón. Asimismo, se ha diseñado e implementado un módulo automático para la producción de esta especie radiactiva. Fruto del trabajo realizado, ha resultado una publicación científica:5- Gona KB, Gómez-Vallejo V, Llop J; Synthesis of m-carboranyl amides via palladium-catalyzed carbonylation. Tetrahedron Letters, 2013. 54(8): 941-944. A parte del trabajo descrito anteriormente (incluido en la presente tesis doctoral) cabe remarcar que durante la ejecución de la tesis doctoral he tenido la oportunidad de participar en diferentes proyectos científicos, que si bien no están reflejados en este manuscrito, han contribuido a obtener una formación integral y amplia en el área de la radioquímica y la imagen molecular. Fruto de mi implicación en estos proyectos, han resultado diferentes publicaciones científicas en las cuales estoy reflejado como coautor. 6- Soria FN, Pérez-Samartín A, Martin A, Gona KG, Llop J, Szczupak B, Chara JC, Matute C, Domercq M; Extrasynaptic glutamate release through cystine/glutamate antiporter contributes to ischemic damage. The Journal of Clinical Investigation. 2014. 124: 3645-3655. 7- Gómez-Vallejo V, Vázquez N, Gona KB, Puigivila M, González M, San Sebastián E, Martin A, Llop J, Synthesis and in vivo evaluation of 11C-labeled (1,7-dicarba-closo-dodecaboran-1-yl)-N-{[(2S)-1-ethylpirrolidin-2-yl]methyl}amide. Journal of labeled compounds and radiopharmaceuticals. 2014. 57: 209-214. DOI: 10.1002/jlcr.31598- Gómez-Vallejo V, Gaja V, Gona KB, Llop J; Nitrogen-13: Historical review and future perspectives; Journal of labeled compounds and radiopharmaceuticals. 2014. 57: 244-254

    Global incidence, prevalence, years lived with disability (YLDs), disability-adjusted life-years (DALYs), and healthy life expectancy (HALE) for 371 diseases and injuries in 204 countries and territories and 811 subnational locations, 1990–2021: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2021

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    Background: Detailed, comprehensive, and timely reporting on population health by underlying causes of disability and premature death is crucial to understanding and responding to complex patterns of disease and injury burden over time and across age groups, sexes, and locations. The availability of disease burden estimates can promote evidence-based interventions that enable public health researchers, policy makers, and other professionals to implement strategies that can mitigate diseases. It can also facilitate more rigorous monitoring of progress towards national and international health targets, such as the Sustainable Development Goals. For three decades, the Global Burden of Diseases, Injuries, and Risk Factors Study (GBD) has filled that need. A global network of collaborators contributed to the production of GBD 2021 by providing, reviewing, and analysing all available data. GBD estimates are updated routinely with additional data and refined analytical methods. GBD 2021 presents, for the first time, estimates of health loss due to the COVID-19 pandemic. Methods: The GBD 2021 disease and injury burden analysis estimated years lived with disability (YLDs), years of life lost (YLLs), disability-adjusted life-years (DALYs), and healthy life expectancy (HALE) for 371 diseases and injuries using 100 983 data sources. Data were extracted from vital registration systems, verbal autopsies, censuses, household surveys, disease-specific registries, health service contact data, and other sources. YLDs were calculated by multiplying cause-age-sex-location-year-specific prevalence of sequelae by their respective disability weights, for each disease and injury. YLLs were calculated by multiplying cause-age-sex-location-year-specific deaths by the standard life expectancy at the age that death occurred. DALYs were calculated by summing YLDs and YLLs. HALE estimates were produced using YLDs per capita and age-specific mortality rates by location, age, sex, year, and cause. 95% uncertainty intervals (UIs) were generated for all final estimates as the 2·5th and 97·5th percentiles values of 500 draws. Uncertainty was propagated at each step of the estimation process. Counts and age-standardised rates were calculated globally, for seven super-regions, 21 regions, 204 countries and territories (including 21 countries with subnational locations), and 811 subnational locations, from 1990 to 2021. Here we report data for 2010 to 2021 to highlight trends in disease burden over the past decade and through the first 2 years of the COVID-19 pandemic. Findings: Global DALYs increased from 2·63 billion (95% UI 2·44–2·85) in 2010 to 2·88 billion (2·64–3·15) in 2021 for all causes combined. Much of this increase in the number of DALYs was due to population growth and ageing, as indicated by a decrease in global age-standardised all-cause DALY rates of 14·2% (95% UI 10·7–17·3) between 2010 and 2019. Notably, however, this decrease in rates reversed during the first 2 years of the COVID-19 pandemic, with increases in global age-standardised all-cause DALY rates since 2019 of 4·1% (1·8–6·3) in 2020 and 7·2% (4·7–10·0) in 2021. In 2021, COVID-19 was the leading cause of DALYs globally (212·0 million [198·0–234·5] DALYs), followed by ischaemic heart disease (188·3 million [176·7–198·3]), neonatal disorders (186·3 million [162·3–214·9]), and stroke (160·4 million [148·0–171·7]). However, notable health gains were seen among other leading communicable, maternal, neonatal, and nutritional (CMNN) diseases. Globally between 2010 and 2021, the age-standardised DALY rates for HIV/AIDS decreased by 47·8% (43·3–51·7) and for diarrhoeal diseases decreased by 47·0% (39·9–52·9). Non-communicable diseases contributed 1·73 billion (95% UI 1·54–1·94) DALYs in 2021, with a decrease in age-standardised DALY rates since 2010 of 6·4% (95% UI 3·5–9·5). Between 2010 and 2021, among the 25 leading Level 3 causes, age-standardised DALY rates increased most substantially for anxiety disorders (16·7% [14·0–19·8]), depressive disorders (16·4% [11·9–21·3]), and diabetes (14·0% [10·0–17·4]). Age-standardised DALY rates due to injuries decreased globally by 24·0% (20·7–27·2) between 2010 and 2021, although improvements were not uniform across locations, ages, and sexes. Globally, HALE at birth improved slightly, from 61·3 years (58·6–63·6) in 2010 to 62·2 years (59·4–64·7) in 2021. However, despite this overall increase, HALE decreased by 2·2% (1·6–2·9) between 2019 and 2021. Interpretation: Putting the COVID-19 pandemic in the context of a mutually exclusive and collectively exhaustive list of causes of health loss is crucial to understanding its impact and ensuring that health funding and policy address needs at both local and global levels through cost-effective and evidence-based interventions. A global epidemiological transition remains underway. Our findings suggest that prioritising non-communicable disease prevention and treatment policies, as well as strengthening health systems, continues to be crucially important. The progress on reducing the burden of CMNN diseases must not stall; although global trends are improving, the burden of CMNN diseases remains unacceptably high. Evidence-based interventions will help save the lives of young children and mothers and improve the overall health and economic conditions of societies across the world. Governments and multilateral organisations should prioritise pandemic preparedness planning alongside efforts to reduce the burden of diseases and injuries that will strain resources in the coming decades. Funding: Bill & Melinda Gates Foundation

    Global age-sex-specific mortality, life expectancy, and population estimates in 204 countries and territories and 811 subnational locations, 1950–2021, and the impact of the COVID-19 pandemic: a comprehensive demographic analysis for the Global Burden of Disease Study 2021

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    Background: Estimates of demographic metrics are crucial to assess levels and trends of population health outcomes. The profound impact of the COVID-19 pandemic on populations worldwide has underscored the need for timely estimates to understand this unprecedented event within the context of long-term population health trends. The Global Burden of Diseases, Injuries, and Risk Factors Study (GBD) 2021 provides new demographic estimates for 204 countries and territories and 811 additional subnational locations from 1950 to 2021, with a particular emphasis on changes in mortality and life expectancy that occurred during the 2020–21 COVID-19 pandemic period. Methods: 22 223 data sources from vital registration, sample registration, surveys, censuses, and other sources were used to estimate mortality, with a subset of these sources used exclusively to estimate excess mortality due to the COVID-19 pandemic. 2026 data sources were used for population estimation. Additional sources were used to estimate migration; the effects of the HIV epidemic; and demographic discontinuities due to conflicts, famines, natural disasters, and pandemics, which are used as inputs for estimating mortality and population. Spatiotemporal Gaussian process regression (ST-GPR) was used to generate under-5 mortality rates, which synthesised 30 763 location-years of vital registration and sample registration data, 1365 surveys and censuses, and 80 other sources. ST-GPR was also used to estimate adult mortality (between ages 15 and 59 years) based on information from 31 642 location-years of vital registration and sample registration data, 355 surveys and censuses, and 24 other sources. Estimates of child and adult mortality rates were then used to generate life tables with a relational model life table system. For countries with large HIV epidemics, life tables were adjusted using independent estimates of HIV-specific mortality generated via an epidemiological analysis of HIV prevalence surveys, antenatal clinic serosurveillance, and other data sources. Excess mortality due to the COVID-19 pandemic in 2020 and 2021 was determined by subtracting observed all-cause mortality (adjusted for late registration and mortality anomalies) from the mortality expected in the absence of the pandemic. Expected mortality was calculated based on historical trends using an ensemble of models. In location-years where all-cause mortality data were unavailable, we estimated excess mortality rates using a regression model with covariates pertaining to the pandemic. Population size was computed using a Bayesian hierarchical cohort component model. Life expectancy was calculated using age-specific mortality rates and standard demographic methods. Uncertainty intervals (UIs) were calculated for every metric using the 25th and 975th ordered values from a 1000-draw posterior distribution. Findings: Global all-cause mortality followed two distinct patterns over the study period: age-standardised mortality rates declined between 1950 and 2019 (a 62·8% [95% UI 60·5–65·1] decline), and increased during the COVID-19 pandemic period (2020–21; 5·1% [0·9–9·6] increase). In contrast with the overall reverse in mortality trends during the pandemic period, child mortality continued to decline, with 4·66 million (3·98–5·50) global deaths in children younger than 5 years in 2021 compared with 5·21 million (4·50–6·01) in 2019. An estimated 131 million (126–137) people died globally from all causes in 2020 and 2021 combined, of which 15·9 million (14·7–17·2) were due to the COVID-19 pandemic (measured by excess mortality, which includes deaths directly due to SARS-CoV-2 infection and those indirectly due to other social, economic, or behavioural changes associated with the pandemic). Excess mortality rates exceeded 150 deaths per 100 000 population during at least one year of the pandemic in 80 countries and territories, whereas 20 nations had a negative excess mortality rate in 2020 or 2021, indicating that all-cause mortality in these countries was lower during the pandemic than expected based on historical trends. Between 1950 and 2021, global life expectancy at birth increased by 22·7 years (20·8–24·8), from 49·0 years (46·7–51·3) to 71·7 years (70·9–72·5). Global life expectancy at birth declined by 1·6 years (1·0–2·2) between 2019 and 2021, reversing historical trends. An increase in life expectancy was only observed in 32 (15·7%) of 204 countries and territories between 2019 and 2021. The global population reached 7·89 billion (7·67–8·13) people in 2021, by which time 56 of 204 countries and territories had peaked and subsequently populations have declined. The largest proportion of population growth between 2020 and 2021 was in sub-Saharan Africa (39·5% [28·4–52·7]) and south Asia (26·3% [9·0–44·7]). From 2000 to 2021, the ratio of the population aged 65 years and older to the population aged younger than 15 years increased in 188 (92·2%) of 204 nations. Interpretation: Global adult mortality rates markedly increased during the COVID-19 pandemic in 2020 and 2021, reversing past decreasing trends, while child mortality rates continued to decline, albeit more slowly than in earlier years. Although COVID-19 had a substantial impact on many demographic indicators during the first 2 years of the pandemic, overall global health progress over the 72 years evaluated has been profound, with considerable improvements in mortality and life expectancy. Additionally, we observed a deceleration of global population growth since 2017, despite steady or increasing growth in lower-income countries, combined with a continued global shift of population age structures towards older ages. These demographic changes will likely present future challenges to health systems, economies, and societies. The comprehensive demographic estimates reported here will enable researchers, policy makers, health practitioners, and other key stakeholders to better understand and address the profound changes that have occurred in the global health landscape following the first 2 years of the COVID-19 pandemic, and longer-term trends beyond the pandemic

    Exploring new labelling strategies for boronated compounds: towards fast development and efficient assessment of BNCT drug candidates

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    208 p.La terapia por captura de neutrones (BNCT o Boron Neutron Capture Therapy), fue descrita por primera vez por Locher en 1936 y es una modalidad terapéutica binaria para el tratamiento del cáncer que se basa en la captura de neutrones térmicos por medio de átomos de 10B, previamente acumulados en las células tumorales. La captura del neutrón térmico resulta en la formación de un núcleo de 11B, que fisiona para generar dos iones altamente energéticos: 4He2+ y 7Li3+. El daño y la posterior muerte celular se producen por la ionización que provocan estas partículas en su recorrido, antes de perder completamente su energía. El desarrollo histórico de la BNCT se ha centrado en el tratamiento de tumores cerebrales malignos, cuya extirpación resulta arriesgada y el tratamiento mediante técnicas como la radioterapia o la quimioterapia provocan daños importantes en el tejido sano circundante. Se estima que se requieren aproximadamente entre 10 y 30 ¿g de 10B por gramo de tumor para obtener resultados terapéuticos relevantes, aunque esta cantidad puede reducirse considerablemente si la acumulación se localiza cerca del núcleo celular. De lo expuesto anteriormente se deduce que resulta de elevada importancia el diseño de moléculas que posean un gran número de átomos de 10B en su estructura y que presenten elevada afinidad/especificidad por las células tumorales. Los heteroboranos poliédricos representan una estructura química altamente recurrida para su aplicación en la BNCT. Este hecho se debe, por un lado, a la alta acumulación de átomos de boro en una misma molécula y, por otro lado, a su elevada versatilidad química. Entre los heteroboranos poliédricos se encuentran los dicarba-closo-dodecaboranos (también llamados carbaboranos o carboranos, de fórmula empírica general C2B10H12), que presentan geometría prácticamente icosaédrica, de modo que cada átomo de carbono y/o boro están hexacoordinados. Existen en las formas isoméricas orto, meta y para, que difieren entre sí en la posición relativa de los átomos de carbono del clúster; sus características físico-químicas más relevantes son su elevada versatilidad y su elevada estabilidad térmica y fotoquímica en el rango UV-visible. Debido a estas características únicas, los carboranos se han utilizado históricamente para preparar catalizadores, polímeros, compuestos de coordinación y radiofármacos, aunque una de sus principales aplicaciones radica en la preparación de compuestos aptos para su utilización en la BNCT; durante las últimas décadas, muchos grupos de investigación han desarrollado nuevas estructuras incorporando heteroboranos poliédricos en general y carboranos en particular con potencial aplicación en la BNCT. Una de las estrategias más utilizadas consiste en incorporar una molécula de orto-carborano a diferentes carbohidratos, ya que estos últimos presentan no sólo baja toxicidad, sino que poseen cierta afinidad hacia determinados receptores específicos que se encuentran en la superficie tumoral y compensan la elevada hidrofobicidad inherente al clúster de carborano, que podría provocar unión inespecífica indeseada o acumulación en el hígado. Estrategias alternativas proponen la síntesis de aminoácidos, porfirinas, poliaminas, o nucleósidos (o derivados de éstos) que contienen carboranos como grupos sustituyentes, o de liposomas que contienen en su interior heteroboranos poliédricos que se liberan en los tumores aprovechando la vasculatura inmadura que se encuentra en las inmediaciones de los tumores que proliferan rápidamente. Estudios pre-clínicos efectuados sobre algunos de los compuestos anteriormente citados han demostrado claramente la eficacia terapéutica en muchos modelos tumorales (especialmente en tumores cerebrales), e incluso algunos ensayos clínicos han demostrado que la BNCT puede implementarse de forma segura a nivel clínico. Sin embargo, la eficacia terapéutica sólo está garantizada en el caso en que el fármaco se encuentre en el interior de las células tumorales y, a ser posible, cerca del núcleo. Es por lo tanto crucial disponer de una herramienta capaz de monitorizar el comportamiento fisiológico y farmacológico de los átomos de 10B (o del fármaco portador) dentro del paciente. Dicha herramienta debería permitir (idealmente) determinar de manera no invasiva la concentración de 10B en tejido, sangre y orina, así como la distribución espacial microscópica a nivel celular y sub-celular. En la actualidad, la comunidad científica dispone de varios métodos que permiten determinar la concentración de 10B en muestras, tanto a nivel macroscópico como microscópico. Uno de los más utilizados históricamente es la Espectroscopia de Rayos Gamma Prompt (PGRA) que permite medir el contenido medio de 10B en muestras macroscópicas. Otras técnicas comúnmente utilizadas (de forma aislada o en combinación con otras) son la Espectroscopia de Emisión por Plasma de Acoplamiento Inductivo (ICP-EOS), Autorradiografía Alfa de Alta Resolución, Radiografía por Captura de Neutrones (NCR) y Espectroscopía Electrónica de Pérdidas de Energía (EELS). Todas las técnicas citadas anteriormente tienen en común que son invasivas (aunque no necesariamente destructivas) y que determinan directamente la cantidad de boro. Una alternativa a dichas técnicas consiste en determinar la concentración de fármaco portador de boro y no directamente la cantidad de 10B, y es en este escenario donde cobran importancia las técnicas de imagen molecular, en especial las técnicas nucleares de imagen, entre las que se encuentran la Tomografía por Emisión de Fotón Único (SPECT) y la Tomografía por Emisión de Positrones (PET). Ambas técnicas (PET y SPECT) permiten obtener imágenes tridimensionales in vivo y a tiempo real, que ofrecen información acerca de la distribución espacio-temporal de un radiotrazador administrado a un sujeto, siendo el radiotrazador cualquier especie química marcada con un radioisótopo emisor de fotones gamma (SPECT) o de positrones (PET). Durante los últimos años las técnicas nucleares se han postulado como una herramienta fundamental no sólo en el entorno diagnóstico, sino también para el estudio farmacocinético y farmacodinámico de nuevas entidades químicas. En el supuesto que se marcara isotópicamente un fármaco con potencial aplicación en la BNCT, las técnicas de imagen nuclear permitirían conocer, en cada momento y para cada parte del organismo, la concentración de fármaco una vez éste se hubiera administrado a un sujeto. A pesar del potencial teórico que presentan las técnicas de imagen nuclear, la principal dificultad en su aplicación radica en la necesidad de marcar radiactivamente todos y cada uno de los fármacos potencialmente activos. Este hecho, unido al corto período de semidesintegración de los isótopos más comúnmente empleados (que obliga a desarrollar procesos de marcaje rápidos, efectivos y automatizables) ha provocado que hasta la fecha tan sólo se haya marcado un candidato (L-para-boronofenilalanina, BPA) con Flúor-18 (isótopo emisor de positrones). Los ensayos realizados con este compuesto (en los que se combina la PET con técnicas de imagen anatómicas, concretamente Tomografía Computerizada o CT) permitieron determinar la farmacocinética, el metabolismo y la acumulación en tejido del radiotrazador (18F-BPA). La acumulación del radiotrazador en tumor determinada mediante las técnicas de imagen correspondía con la acumulación de fármaco (BPA) determinada mediante técnicas ex vivo. Es evidente, pues, que las técnicas de imagen nuclear, especialmente la PET (que a diferencia de la SPECT permite una cuantificación absoluta de la distribución espacio-temporal del radiotrazador) pueden desarrollar un papel fundamental en el salto hacia la aplicación clínica de la BNCT como modalidad terapéutica rutinaria en el entorno hospitalario. Para ello es imprescindible, sin embargo, diseñar estrategias para la incorporación de isótopos radiactivos (emisores de positrones o emisores gamma) a moléculas ricas en boro. Esta es precisamente la temática que se aborda en la presente tesis doctoral. En el capítulo 4 se presentan dos estrategias diferentes para la incorporación de isótopos radiactivos en carboranos funcionalizados. La primera estrategia se basa en la mono-[18F]fluoración del o-carborano mediante sustitución nucleofílica, utilizando el anión [18F]F- producido mediante irradiación de agua enriquecida en oxígeno-18 con protones acelerados, y una sal de arilyodonio del carborano. Una vez producido el marcaje, se plantea la funcionalización del carborano marcado radiactivamente mediante formación de la sal litiada y posterior reacción con aldehídos. La segunda estrategia se basa en la preparación de decaborano radio-yodado mediante intercambio isotópico, y subsiguiente reacción con acetilenos sustituidos en acetonitrilo (que actúa simultáneamente como base de Lewis y como disolvente) bajo calentamiento con microondas, rindiendo derivados del o-carborano funcionalizados con diferentes sustituyentes. Ambas estrategias poseen un elevado valor sintético ya que permiten la preparación de una amplia variedad de carboranos marcados radiactivamente. Fruto del trabajo expuesto en este capítulo han resultado dos publicaciones científicas en revistas internacionales:1- Gona KB, Gómez-Vallejo V, Padro D, Llop J; [18F]Fluorination of o-carborane via nucleophilic substitution: towards a versatile platform for the preparation of 18F-labelled BNCT drug candidates. Chemical Communications, 2013. 49(98): 11491-11493. 2- Gona KB, Lakshmi VPN Thota J, Baz Z, Gómez-Vallejo V, Llop J, Straightforward synthesis of radioiodinated Cc-substituted o-carboranes: towards a versatile platform to enable in vivo assessment of BNCT drug candidates. Dalton Transactions. 2015. 44: 9915-9920. Actualmente se está preparando una tercera publicación.En el capítulo 5 se presentan estrategias para el marcaje de derivados del anión cobalto-bis-dicarballuro (COSAN). Para ello, se utilizan reacciones de intercambio isotópico catalizadas por paladio utilizando dos isótopos radiactivos: 125I (emisor gamma de baja energía) y 124I (emisor de positrones). Los derivados marcados con 125I se utilizaron para determinar el patrón de biodistribución en roedores utilizando disección y contaje de órganos, mientras que los análogos marcados con 124I se utilizaron para determinar el patrón de biodistribución mediante PET-CT, utilizando para ello tanto animales sanos como diferentes modelos tumorales. Cabe destacar que este trabajo se realizó en estrecha colaboración con el grupo de investigación liderado por los Profesores Francesc Teixidor y Clara Viñas, del Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC). Dicho grupo de investigación llevó a cabo la síntesis de los precursores para el marcaje y participó activamente en el análisis de los resultados obtenidos y presentados en este capítulo. Fruto del trabajo realizado, ha resultado una publicación científica en una revista internacional: 3- Gona KB, Zaulet A, Gómez-Vallejo V, Teixidor F, Llop J, Viñas C; COSAN as a molecular imaging platform: synthesis and ¿in vivo¿ imaging. Chemical Communications. 2014. 50: 11415-11417. Actualmente se está preparando una segunda publicación.Los capítulos 6 y 7 de esta tesis doctoral se han focalizado en la preparación de análogos de carboranos marcados con Carbono-11. En el capítulo 6 se describe la preparación de dos análogos del 2-(4-aminofenil) benzotiazol en los que el anillo bencénico se sustituye por una unidad m-carborano. Posteriormente, se procede a la incorporación del isótopo radiactivo mediante metilación. Para ello, se genera en primera instancia el precursor radiactivo [11C]CH3I, que es transformado en [11C]CH3OTf para llevar a cabo la correspondiente reacción de metilación. Este trabajo resultó en la publicación de un artículo científico:4- Gona KB, Lakshmi VPN Thota J, Baz Z, Gómez-Vallejo V, Llop J, Synthesis and 11C-radiolabelling of 2-carboranyl benzothiazoles. Molecules. 2015. 20: 7495-7508.Por último, en el capítulo 7 se describe un método novedoso para la preparación de amidas en un solo paso, mediante carbonilación catalítica de 1-iodo-1,7-dicarba-closo-dodecaborano utilizando monóxido de carbono. Esta reacción, si bien no se ha ensayado en condiciones de radiactividad, sería fácilmente trasladable a la preparación de compuestos marcados con carbono-11, ya que el [11C]CO es un sintón ampliamente utilizado en el contexto de la radioquímica. Con el fin de proceder en un futuro a la preparación de amidas marcadas radiactivamente incorporando un clúster de carborano, en el contexto de esta tesis doctoral se ha puesto a punto un método para producir rutinariamente la especie radiactiva [11C]CO a partir de [11C]CO2 producido en el ciclotrón. Asimismo, se ha diseñado e implementado un módulo automático para la producción de esta especie radiactiva. Fruto del trabajo realizado, ha resultado una publicación científica:5- Gona KB, Gómez-Vallejo V, Llop J; Synthesis of m-carboranyl amides via palladium-catalyzed carbonylation. Tetrahedron Letters, 2013. 54(8): 941-944. A parte del trabajo descrito anteriormente (incluido en la presente tesis doctoral) cabe remarcar que durante la ejecución de la tesis doctoral he tenido la oportunidad de participar en diferentes proyectos científicos, que si bien no están reflejados en este manuscrito, han contribuido a obtener una formación integral y amplia en el área de la radioquímica y la imagen molecular. Fruto de mi implicación en estos proyectos, han resultado diferentes publicaciones científicas en las cuales estoy reflejado como coautor. 6- Soria FN, Pérez-Samartín A, Martin A, Gona KG, Llop J, Szczupak B, Chara JC, Matute C, Domercq M; Extrasynaptic glutamate release through cystine/glutamate antiporter contributes to ischemic damage. The Journal of Clinical Investigation. 2014. 124: 3645-3655. 7- Gómez-Vallejo V, Vázquez N, Gona KB, Puigivila M, González M, San Sebastián E, Martin A, Llop J, Synthesis and in vivo evaluation of 11C-labeled (1,7-dicarba-closo-dodecaboran-1-yl)-N-{[(2S)-1-ethylpirrolidin-2-yl]methyl}amide. Journal of labeled compounds and radiopharmaceuticals. 2014. 57: 209-214. DOI: 10.1002/jlcr.31598- Gómez-Vallejo V, Gaja V, Gona KB, Llop J; Nitrogen-13: Historical review and future perspectives; Journal of labeled compounds and radiopharmaceuticals. 2014. 57: 244-254

    Global burden and strength of evidence for 88 risk factors in 204 countries and 811 subnational locations, 1990–2021: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2021

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    Global burden of 288 causes of death and life expectancy decomposition in 204 countries and territories and 811 subnational locations, 1990–2021: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2021

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    BackgroundRegular, detailed reporting on population health by underlying cause of death is fundamental for public health decision making. Cause-specific estimates of mortality and the subsequent effects on life expectancy worldwide are valuable metrics to gauge progress in reducing mortality rates. These estimates are particularly important following large-scale mortality spikes, such as the COVID-19 pandemic. When systematically analysed, mortality rates and life expectancy allow comparisons of the consequences of causes of death globally and over time, providing a nuanced understanding of the effect of these causes on global populations.MethodsThe Global Burden of Diseases, Injuries, and Risk Factors Study (GBD) 2021 cause-of-death analysis estimated mortality and years of life lost (YLLs) from 288 causes of death by age-sex-location-year in 204 countries and territories and 811 subnational locations for each year from 1990 until 2021. The analysis used 56 604 data sources, including data from vital registration and verbal autopsy as well as surveys, censuses, surveillance systems, and cancer registries, among others. As with previous GBD rounds, cause-specific death rates for most causes were estimated using the Cause of Death Ensemble model—a modelling tool developed for GBD to assess the out-of-sample predictive validity of different statistical models and covariate permutations and combine those results to produce cause-specific mortality estimates—with alternative strategies adapted to model causes with insufficient data, substantial changes in reporting over the study period, or unusual epidemiology. YLLs were computed as the product of the number of deaths for each cause-age-sex-location-year and the standard life expectancy at each age. As part of the modelling process, uncertainty intervals (UIs) were generated using the 2·5th and 97·5th percentiles from a 1000-draw distribution for each metric. We decomposed life expectancy by cause of death, location, and year to show cause-specific effects on life expectancy from 1990 to 2021. We also used the coefficient of variation and the fraction of population affected by 90% of deaths to highlight concentrations of mortality. Findings are reported in counts and age-standardised rates. Methodological improvements for cause-of-death estimates in GBD 2021 include the expansion of under-5-years age group to include four new age groups, enhanced methods to account for stochastic variation of sparse data, and the inclusion of COVID-19 and other pandemic-related mortality—which includes excess mortality associated with the pandemic, excluding COVID-19, lower respiratory infections, measles, malaria, and pertussis. For this analysis, 199 new country-years of vital registration cause-of-death data, 5 country-years of surveillance data, 21 country-years of verbal autopsy data, and 94 country-years of other data types were added to those used in previous GBD rounds.FindingsThe leading causes of age-standardised deaths globally were the same in 2019 as they were in 1990; in descending order, these were, ischaemic heart disease, stroke, chronic obstructive pulmonary disease, and lower respiratory infections. In 2021, however, COVID-19 replaced stroke as the second-leading age-standardised cause of death, with 94·0 deaths (95% UI 89·2–100·0) per 100 000 population. The COVID-19 pandemic shifted the rankings of the leading five causes, lowering stroke to the third-leading and chronic obstructive pulmonary disease to the fourth-leading position. In 2021, the highest age-standardised death rates from COVID-19 occurred in sub-Saharan Africa (271·0 deaths [250·1–290·7] per 100 000 population) and Latin America and the Caribbean (195·4 deaths [182·1–211·4] per 100 000 population). The lowest age-standardised death rates from COVID-19 were in the high-income super-region (48·1 deaths [47·4–48·8] per 100 000 population) and southeast Asia, east Asia, and Oceania (23·2 deaths [16·3–37·2] per 100 000 population). Globally, life expectancy steadily improved between 1990 and 2019 for 18 of the 22 investigated causes. Decomposition of global and regional life expectancy showed the positive effect that reductions in deaths from enteric infections, lower respiratory infections, stroke, and neonatal deaths, among others have contributed to improved survival over the study period. However, a net reduction of 1·6 years occurred in global life expectancy between 2019 and 2021, primarily due to increased death rates from COVID-19 and other pandemic-related mortality. Life expectancy was highly variable between super-regions over the study period, with southeast Asia, east Asia, and Oceania gaining 8·3 years (6·7–9·9) overall, while having the smallest reduction in life expectancy due to COVID-19 (0·4 years). The largest reduction in life expectancy due to COVID-19 occurred in Latin America and the Caribbean (3·6 years). Additionally, 53 of the 288 causes of death were highly concentrated in locations with less than 50% of the global population as of 2021, and these causes of death became progressively more concentrated since 1990, when only 44 causes showed this pattern. The concentration phenomenon is discussed heuristically with respect to enteric and lower respiratory infections, malaria, HIV/AIDS, neonatal disorders, tuberculosis, and measles.InterpretationLong-standing gains in life expectancy and reductions in many of the leading causes of death have been disrupted by the COVID-19 pandemic, the adverse effects of which were spread unevenly among populations. Despite the pandemic, there has been continued progress in combatting several notable causes of death, leading to improved global life expectancy over the study period. Each of the seven GBD super-regions showed an overall improvement from 1990 and 2021, obscuring the negative effect in the years of the pandemic. Additionally, our findings regarding regional variation in causes of death driving increases in life expectancy hold clear policy utility. Analyses of shifting mortality trends reveal that several causes, once widespread globally, are now increasingly concentrated geographically. These changes in mortality concentration, alongside further investigation of changing risks, interventions, and relevant policy, present an important opportunity to deepen our understanding of mortality-reduction strategies. Examining patterns in mortality concentration might reveal areas where successful public health interventions have been implemented. Translating these successes to locations where certain causes of death remain entrenched can inform policies that work to improve life expectancy for people everywhere
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