Un chip desarrollado por ingenieros mecánicos del Instituto Politécnico de Worcester WPI puede atrapar e identificar células cancerosas metastásicas en una pequeña cantidad de sangre extraída de un paciente con cáncer. La tecnología innovadora utiliza un método mecánico simple que ha demostrado ser más efectivopara atrapar células cancerosas que el enfoque microfluídico empleado en muchos dispositivos existentes.
El dispositivo WPI utiliza anticuerpos unidos a una serie de nanotubos de carbono en el fondo de un pequeño pozo. Las células cancerosas se asientan en el fondo del pozo, donde se unen selectivamente a los anticuerpos en función de sus marcadores de superficie a diferencia de otros dispositivos, elel chip también puede atrapar pequeñas estructuras llamadas exosomas producidos por las células cancerosas. Esta "biopsia líquida", descrita en un número reciente de la revista Nanotecnología , podría convertirse en la base de una simple prueba de laboratorio que podría detectar rápidamente los primeros signos de metástasis y ayudar a los médicos a seleccionar tratamientos dirigidos a las células cancerosas específicas identificadas.
La metástasis es el proceso por el cual un cáncer puede propagarse de un órgano a otras partes del cuerpo, generalmente al ingresar al torrente sanguíneo. Los diferentes tipos de tumores muestran preferencia por órganos y tejidos específicos; por ejemplo, las células de cáncer de mama circulantes sones probable que arraigue en los huesos, los pulmones y el cerebro. El pronóstico para el cáncer metastásico también llamado cáncer en estadio IV es generalmente pobre, por lo que una técnica que podría detectar estas células tumorales circulantes antes de que tengan la oportunidad de formar nuevas colonias de tumoresen sitios distantes podría aumentar considerablemente las probabilidades de supervivencia de un paciente.
"El enfoque en la captura de células tumorales circulantes es bastante nuevo", dijo Balaji Panchapakesan, profesor asociado de ingeniería mecánica en WPI y director del Small Systems Laboratory. "Es un desafío muy difícil, no muy diferente a buscar una aguja en unpajar. Hay miles de millones de glóbulos rojos, decenas de miles de glóbulos blancos y, tal vez, solo un pequeño número de células tumorales flotando entre ellas. Hemos demostrado cómo esas células pueden capturarse con alta precisión ".
El dispositivo desarrollado por el equipo de Panchapakesan incluye una serie de elementos pequeños, cada uno de aproximadamente una décima de pulgada 3 milímetros de ancho. Cada elemento tiene un pozo, en el fondo del cual hay anticuerpos unidos a los nanotubos de carbono. Cada pozo tiene unanticuerpo específico que se unirá selectivamente a un tipo de tipo de célula cancerosa, basándose en marcadores genéticos en su superficie. Al sembrar elementos con una variedad de anticuerpos, el dispositivo podría configurarse para capturar varios tipos diferentes de células cancerosas usando una sola muestra de sangre.En el laboratorio, los investigadores pudieron llenar un total de 170 pozos con un poco menos de 0.3 onzas fluidas 0.85 mililitros de sangre. Incluso con esa pequeña muestra, capturaron entre una y mil células por dispositivo, con una eficiencia de captura deentre 62 y 100 por ciento.
Los nanotubos de carbono utilizados en el dispositivo actúan como semiconductores. Cuando una célula cancerosa se une a uno de los anticuerpos unidos, crea una firma eléctrica que puede detectarse. Estas señales pueden utilizarse para identificar cuáles de los elementos de la matriz tienencélulas cancerosas capturadas. Estas matrices individuales se pueden extraer y llevar a un laboratorio, donde las células capturadas se pueden teñir e identificar con un microscopio. En el laboratorio, el proceso de generación de firmas eléctricas y de unión tomó solo unos minutos, lo que sugiere la posibilidadde obtener resultados el mismo día de un análisis de sangre usando el chip, dice Panchapakesan.
en un artículo publicado en la revista Nanotecnología ["Aislamiento estático de microarrays, clasificación dinámica de series de tiempo, captura y enumeración de células de cáncer de mama con picos en sangre: el chip nanotubo-CTC"], el equipo de Panchapakesan, que incluye a los estudiantes graduados Farhad Khosravi, autor principal del artículo, yInvestigadores de la Universidad de Louisville y la Universidad Thomas Jefferson, describen un estudio en el que los anticuerpos específicos para dos marcadores de cáncer de mama metastásico, EpCam y Her2, se unieron a los nanotubos de carbono en el chip. Cuando una muestra de sangre que se había "agregado"con las células que expresan esos marcadores se colocó en el chip, se demostró que el dispositivo captura de manera confiable solo las células marcadas
Además de capturar células tumorales, Panchapakesan dice que el chip también se adherirá a pequeñas estructuras llamadas exosomas, que son producidas por las células cancerosas y tienen los mismos marcadores ". Estas estructuras de 3 nanómetros altamente elusivas son demasiado pequeñas para ser capturadas con"señaló otros", señaló. "Nuestro chip es actualmente el único dispositivo que puede capturar células tumorales circulantes y exosomas directamente en el chip, lo que debería aumentarsu capacidad para detectar metástasis. Esto puede ser importante porque la evidencia emergente sugiere que las pequeñas proteínas excretadas con exosomas pueden provocar reacciones que pueden convertirse en barreras importantes para la administración y el tratamiento eficaz de medicamentos contra el cáncer ".
Panchapakesan dijo que el chip desarrollado por su equipo tiene ventajas adicionales sobre otros dispositivos de biopsia líquida, la mayoría de los cuales utilizan microfluídicos para capturar células cancerosas. Además de poder capturar células tumorales circulantes de manera mucho más eficiente que los chips microfluídicos en los que las células debense adhieren a los anticuerpos anclados a medida que pasan en una corriente de líquido en movimiento, el dispositivo WPI también es muy efectivo para separar las células cancerosas de las otras células y material en la sangre a través de la sedimentación diferencial.
"Los glóbulos blancos, en particular, son un problema, porque son bastante numerosos en la sangre y pueden confundirse con células cancerosas", dijo. "Nuestro dispositivo utiliza lo que se llama una estrategia pasiva de agotamiento de leucocitos. Debido a la densidaddiferencias, las células cancerosas tienden a asentarse en el fondo de los pozos y esto solo ocurre en una ventana estrecha, donde se encuentran con los anticuerpos. El resto del contenido de sangre permanece en la parte superior de los pozos y simplemente se puede lavar."
Si bien las pruebas iniciales con el chip se han centrado en el cáncer de mama, Panchapakesan dice que el dispositivo podría configurarse para detectar una amplia gama de tipos de tumores, y que ya se está trabajando en el desarrollo de un dispositivo avanzado, así como en la detección deotros tipos de cáncer, incluido el cáncer de pulmón y páncreas. Él dice que imagina un día en el que un dispositivo como el suyo pueda emplearse no solo para el seguimiento regular de los pacientes que han tenido cáncer, sino también en la detección sistemática del cáncer.
"Imagínese ir al médico para su examen físico anual", dijo. "Se le extrae sangre y se puede analizar una muestra de sangre para detectar una amplia gama de marcadores de células cancerosas. Los cánceres se detectarían en su etapa más temprana y otras etapas".de desarrollo, y los médicos tendrían la proteína o la información genética necesaria de estas células capturadas para personalizar su tratamiento en función de los marcadores específicos de su cáncer. Esta sería realmente una forma de poner su salud en sus propias manos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Politécnico de Worcester . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :