Fuentes de exposición
En el presente trabajo se demostró la distribución de Gd dentro del tejido óseo cortical, y su correlación con los otros elementos detectados. Se sabe a partir de la historia del paciente, que se realizó una resonancia magnética 8 meses antes de la biopsia, pero se desconoce si se utilizó un agente de contraste. Por lo tanto, no podemos afirmar que la señal Gd se origine a partir de la retención de este evento de exposición única. Es justo tener en cuenta que otras fuentes de exposición a Gd que no sean EC-MRI son posibles29,30.
La minería y el procesamiento de elementos de tierras raras (REE) pueden mencionarse a este respecto, aunque los informes sobre la exposición ocupacional asociada con resultados negativos para la salud distintos de la neumoconiosis son esporádicos. Li et al. se encontraron niveles urinarios más altos de Al, Nd, Ce y Gd en trabajadores expuestos que trataban con partículas y nanopartículas ultrafinas de óxidos de Ce y La en comparación con los no exposados31, sin embargo, el siguiente artículo del grupo (presumiblemente sobre los mismos sujetos), sobre los niveles urinarios ajustados de creatinina de REEs, no mostró diferencias significativas en los niveles de gadolinio32. No pudimos encontrar informes de deposición de gadolinio en sujetos expuestos ocupacionalmente.
En los últimos años, la contaminación antropogénica por Dg, especialmente en los sistemas acuáticos, se convirtió en un tema de extensa investigación33, 34, 35. Sin embargo, dudamos que las bajas concentraciones de Gd en el agua del grifo puedan conducir a la acumulación encontrada en el tejido óseo; y dado el historial ocupacional del sujeto probable, la probabilidad de exposición ocupacional presumible a concentraciones elevadas de gadolinio es remota.
Nuestra hipótesis es que las observaciones realizadas en este estudio podrían ser generalmente características de la captación de Gd por el hueso, independientemente de la fuente. Se requieren experimentos de imágenes en un mayor número de biopsias de pacientes con antecedentes conocidos de exposición a Gd para determinar sistemáticamente la acumulación/retención de Gd con respecto a la fuente y se planea realizarlos después de este estudio pionero.
Análisis ex vivo, localización dentro del hueso
Hasta la fecha, la retención de Gd en el hueso se investigó a granel, y en muchos casos se emplearon técnicas basadas en PIC para el análisis 16,17,36,37. La investigación llevada a cabo por espectroscopia de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente (ICP-AES) y ICP-MS comparó la GBCA lineal (Omniscan) con la macrocíclica (ProHanse) y reveló niveles más altos de retención en el hueso en caso de agente de contraste linear36,37. Una investigación que empleó SEM-EDS para el análisis informó que no se detectó Gd en el hueso. Esto podría deberse a los límites de detección del método elegido o a la preparación de la muestra anterior, ya que la muestra había sido descalcificada14. Mientras que los límites de detección de EDS son típicamente alrededor de 0.5% en peso, la espectrometría SR-XRF (como se emplea en el presente estudio) presenta una sensibilidad mucho mayor hasta sub-ppm24, lo que hace que este método sea más adecuado para el análisis local de oligoelementos como Gd. De hecho, las concentraciones de Gd previstas en el hueso después de la exposición a GBCA están dentro de unos pocos ppm, lo que está respaldado por las mediciones a granel (hasta 1,77 µg Gd/g de hueso) 37 y los experimentos in vivo (media de 1,19 µg Gd/g de hueso) 19.
Dado que la concentración de gadolinio en las estructuras detectadas es de considerable interés, intentamos cuantificar el contenido local de Gd y obtuvimos los valores máximos en el rango de 70-270 µg/g (¡la concentración máxima detectada localmente, indicativa, no debe confundirse con los valores a granel mencionados anteriormente!)- el procedimiento detallado se describe en el material complementario. Esto se correlaciona bien con los resultados obtenidos en un experimento de imagen elemental comparable utilizando biopsia de piel, donde las concentraciones de puntos calientes en los mapas de Gd superan los 100 µg/g38.
Mediante la correlación de mapas elementales obtenidos en las imágenes de sincrotrón ANKA y qBEI, pudimos asignar las estructuras histológicas, que parecen ser propensas a la acumulación de Gd, a saber, (i) líneas de cemento y (ii) paredes de poros vasculares (interfaz con los canales haversianos/Volkmann). Es concebible que la deposición dentro de las paredes de los canales se deba a la proximidad directa a los vasos sanguíneos que presentan la vía principal de entrega de Gd después de la exposición. Las líneas de cemento están marcando los límites de osteon, son ricas en minerales y deficientes de colágeno (en comparación con la matriz mineralizada de osteon), y también contienen proteínas no colágenas, como osteopontina, glicosaminoglicanos, osteocalcina y sialoproteína ósea39. Las líneas de cemento se establecen en la fase de inversión de la formación de osteon (es decir, antes de la formación de las nuevas láminas secuenciales)40. Suponiendo que la exposición transitoria a Gd se produjera en esta fase de la formación de osteon, es plausible que el Gd pueda incluirse en la composición de la línea de cemento y las láminas adyacentes.
Correlación con otros elementos, posibles mecanismos de retención
La correlación de Gd con otros elementos puede arrojar luz sobre el entorno químico de Gd dentro de las acumulaciones y sobre el mecanismo de retención. Los datos disponibles sobre las deposiciones de Gd en la piel sugieren una colocalización con elementos como Ca, P y Zn. Abraham et al. Gd observada en asociación con Ac por SIMS10. Birka et al. se utilizó LA-ICP-MS y se concluyó que las distribuciones Gd y P coincidentes sugieren la presencia de depósitos insolubles de GdPO4 en la sección de tejido; y la correlación de Gd y Ca podría sugerir que la Gd causa deposiciones que contienen calcio, que desencadenan la calcificación11. George et al. Se investigó la acumulación de Gd en la piel afectada por la NSF utilizando SR-XRF, y se encontró una clara correlación entre las distribuciones de Gd, Ca y P, y el uso de espectroscopia de estructura fina de absorción extendida (EXAFS) que permitió asumir la presencia de Gd en forma de estructuras similares a gdpo413. También se encontró una distribución no homogénea de Zn a lo largo de los depósitos de Gd y Ca, aunque se concluyó que Zn no muestra una correlación simple con esos elementos en la piel. Al mismo tiempo, High et al. también con el uso de SR-XRF se observó colocalización de Gd, Ca y Zn en el tejido de la piel y se hipotetizó que Ca y Zn facilitan el desplazamiento de Gd del agente quelantador12. Interesantes resultados fueron obtenidos por Clases et al., que investigó no solo la piel, sino también las deposiciones cerebrales, utilizando LA-ICP-MS.En la distribución elemental de la piel de Gd, P, Ca y Zn correlacionadas en ubicación y forma, apuntando a la abundancia de especies de fosfato insoluble, mientras que en las correlaciones cerebrales y la co-localización de Gd con P, Ca, Zn, así como Fe se observó38.
Sin embargo, a pesar de todas las investigaciones en curso, el mecanismo de incorporación de la Dg en el hueso permanece indeterminado y la forma en que se deposita no se conoce. La investigación de la distribución espacial de la Eg dentro del hueso puede ser fundamental para comprender esto, y es necesario realizar tales estudios41. Aunque el mecanismo de deposición de la piel puede diferir de la acumulación en el hueso, también encontramos Gd en regiones calcificadas. Darrah et al. se sugiere que el Gd3+ iónico liberado a partir de quelatos de Gd se incorpora posteriormente a la fase mineral carbónica de hidroxiapatita cálcica del óseo17. Tal proceso, llamado «transmetalación», en el que la molécula de GBCA supuestamente se somete en un ambiente in vivo, se refiere a la competencia entre cationes endógenos (Fe3+, Zn2+, Mg2+, Ca2+, etc.).) y Gd3+, así como entre aniones endógenos (carbonato, hidróxido, fosfato, etc.) y el ligando. La transmetalación de Ca se apoya en la similitud de Gd con Ca, los radios iónicos de los iones son 107,8 pm para Gd y 114 pm para calcio. En este contexto, nos gustaría mencionar nuestro estudio previo sobre la incorporación de Rs en el hueso, ya que la Rs también es químicamente similar a la Ca. En los pacientes que recibieron ranelato de Sr para el tratamiento de la osteoporosis, la Sr se encontró predominantemente en la matriz ósea de nueva formación (formada en el período de aumento de los niveles séricos de Sr) y se incorporó a los cristales de hidroxiapatita cambiando/aumentando la constante de la red cristal42,43. Por lo tanto, podríamos plantear la hipótesis de que la retención de Eg es de la misma naturaleza, lo que puede evaluarse más a fondo mediante el análisis de especiación.
El otro posible competidor de transmetalación es Zn, que ya fue sugerido por algunas de las mediciones ex vivo de deposiciones cutáneas discutidas anteriormente. En 2010, S. Greenberg publicó un informe de un caso de un paciente con intoxicación crónica por Zn, que apunta a una posible retención de Gd debido a la transmetalización de Gd-Zn44. Con nuestras mediciones realizadas en Fuente de Luz de Diamante y sincrotrones ESRF con haces submicrométricos, nos enfocamos en las estructuras Gd dentro del hueso mineralizado. Estos experimentos de imágenes revelaron una superposición local de Gd y Zn. Aunque sus patrones de distribución no son los mismos, el Gd parece estar presente solo en las áreas de alto contenido de Zn. Las investigaciones previas de nuestro grupo demostraron un alto contenido de Zn, Pb y Sr en las líneas de cemento22. Los hallazgos actuales que muestran interdependencias entre Gd y Zn, podrían apoyar la transmetalización de Gd-Zn como mecanismo de retención de Gd.
Significado y posible toxicidad
El gadolinio pertenece al grupo de elementos de tierras raras, normalmente no se encuentra en organismos vivos y es altamente tóxico en su forma iónica libre Gd3+ 3. El tejido óseo es metabólicamente activo y se remodela continuamente. Por lo tanto, es probable que se produzca una liberación lenta de Gd endógena en el torrente sanguíneo, y el riesgo es aún mayor en sujetos con mayor reabsorción ósea (embarazo, lactancia, durante la menopausia; en pacientes osteoporóticos)17,45. El aumento de las preocupaciones de seguridad con respecto al uso de ACBG desencadenó la investigación en animales, investigando la retención de Gd por varios tejidos, bajo administración única o repetida de ACBG en animales sanos, así como en modelos de enfermedades inducidas. Jost et al. se compararon los ACBG lineales y macrocíclicos con respecto a la deposición cerebral en ratas después de 2 semanas de administración repetida utilizando LA-ICP-MS46. Delfino et al. identificaron un sitio de acumulación de Eg previamente desconocido., la oms observó deposición de Gd en tejidos periodontales en modelo murino con enfermedad renal inducida, utilizando SR-XRF y LA-ICP-MS47. Los resultados interesantes que muestran la acumulación diferencial de Gd por diferentes tejidos óseos – cortical, hueso trabecular y médula ósea en ratas jóvenes y adultas por ICP-MS fueron publicados por Fretellier et al.48. Una línea de investigación interesante, el uso de ACBG en el embarazo y el posible efecto de la Eg en el feto, fueron investigados por Prola – Netto et al. en macacos rhesus, y aunque solo se encontraron niveles extremadamente bajos de Gd en tejidos juveniles después de la exposición intrauterina, el fémur se identificó como un sitio de retención de Gd consistente en todos los animales49. Sin embargo, hasta ahora, los estudios que permiten elucidar los mecanismos de incorporación de la Dg en el hueso, así como su destino posterior, no se llevaron a cabo, por lo tanto, se requieren modelos animales y estudios con biopsias humanas50.
El conocimiento sobre la deposición de Gd de ACBG en el hueso es importante, especialmente en vista de la evidencia recientemente obtenida de su comportamiento de acumulación en el tejido cerebral y los posibles riesgos asociados con la toxicidad de Gd libre. Hasta donde sabemos, estas mediciones son el primer intento de obtención de imágenes de acumulaciones de Gd en el tejido óseo, lo que es de un valor excepcional para comprender los mecanismos de retención de Gd y, además, para predecir la seguridad de los GBCA.
Outlook
Resumiendo las preguntas clave para la investigación adicional en la que sugerimos enfocarse: (i) análisis sistemático de biopsias de pacientes con antecedentes conocidos de ingesta de ACBG en comparación con controles sin exposición clínica a Gd, (ii) estudios en animales que comparen animales suplementados con Gd y animales de control para distinguir patrones de acumulación para eventos de exposición continua y de corto tiempo, (iii) cuantificación de Gd dentro del hueso que se puede lograr utilizando estándares compatibles con matrices (también se podrían aplicar otros métodos de imagen elemental, como LA-ICP-MS y SIMS); (iv) debe realizarse la especiación de la Gd depositada, p. ej. por XANES y EXAF para obtener conocimiento sobre la forma química específica, que es esencial para predecir el posible peligro para la salud (toxicidad).