Un producto a nanoescala de células humanas que alguna vez se consideró basura ahora se sabe que juega un papel importante en la comunicación intercelular y en muchos procesos de enfermedades, incluida la metástasis del cáncer. Los investigadores de Penn State han desarrollado nanoprobes para aislar rápidamente estos marcadores raros, llamados extracelularesvesículas EV, para el desarrollo potencial de diagnósticos de cáncer de precisión y tratamientos personalizados contra el cáncer.
"La mayoría de las células generan y secretan vesículas extracelulares", dice Siyang Zheng, profesor asociado de ingeniería biomédica e ingeniería eléctrica. "Pero son difíciles de estudiar para nosotros. Son partículas submicrométricas, por lo que realmente necesitamos un microscopio electrónico paraverlos. Hay muchos desafíos técnicos en el aislamiento de los EV a nanoescala que estamos tratando de superar para el diagnóstico del cáncer en el punto de atención ".
En un momento, los investigadores creían que los EV eran poco más que bolsas de basura que las células arrojaban. Más recientemente, han llegado a comprender que estos pequeños sacos con grasa - lípidos - contienen ADN, ARN de doble cadenay proteínas que son responsables de la comunicación entre las células y pueden llevar marcadores para sus células de origen, incluidas las células tumorales. En el caso del cáncer, al menos una función para los VE es preparar tejido distante para la metástasis.
El desafío inicial del equipo fue desarrollar un método para aislar y purificar los VE en muestras de sangre que contienen múltiples otros componentes. El uso de biopsia líquida, o análisis de sangre, para el diagnóstico de cáncer es un desarrollo reciente que ofrece beneficios sobre la biopsia tradicional, querequiere extraer un tumor o introducir una aguja en un tumor para extraer células cancerosas. Para el cáncer de pulmón o el cáncer de cerebro, estas técnicas invasivas son difíciles, costosas y pueden ser dolorosas.
"Las técnicas no invasivas como la biopsia líquida son preferibles no solo para la detección y el descubrimiento, sino también para controlar el tratamiento", dice Chandra Belani, profesora de medicina y subdirectora del Instituto del Cáncer, Penn State College of Medicine, y colaboradora clínica enel estudio.
"Inventamos un sistema de dos micro / nano materiales", dice Zheng. "Uno es una sonda de etiquetado con dos colas lipídicas que se insertan espontáneamente en la superficie lipídica de la vesícula extracelular. En el otro extremo de la sonda tenemos unmolécula de biotina que será reconocida por una molécula de avidina que hemos unido a una cuenta magnética ".
Las perlas magnéticas de superficie modificada tienen un diámetro de 400 a 500 nanómetros y las sondas de etiquetado son del orden de 10 nanómetros. Cuando se optimiza el sistema, los investigadores pueden aislar los EV de las muestras de plasma sanguíneo en aproximadamente 15 minutos. Los EVy su contenido puede analizarse en un laboratorio o enviarse a un laboratorio de diagnóstico comercial para caracterizar el ADN, el ARN y las proteínas.
En un documento publicado en línea hoy, 10 de abril, y como artículo de portada para abril en Ingeniería biomédica de la naturaleza , el autor principal, Yuan Wan, investigador postdoctoral en el laboratorio de Zheng, describe el uso de nanoprobes para capturar EV del plasma sanguíneo de 19 pacientes con cáncer de pulmón de células no pequeñas.
"Con la ayuda de este nuevo enfoque, aislamos con éxito los VE de 19 pacientes con cáncer de pulmón avanzado e identificamos mutaciones de ADN que pueden guiar la terapia de precisión en lugar de la quimioterapia de rutina", dice Wan. "Desde la recolección de sangre hasta la obtención de ADN derivado del VE, eltodo el procedimiento se puede completar en una hora. Solo requiere un imán y una centrífuga común de mesa. En comparación con los métodos prevalentes, el sistema de nanoprobe facilitaría enormemente el examen clínico de laboratorio ".
Debido a que la tecnología requiere solo materiales y un imán externo, es relativamente barata y rápida en comparación con el estándar de oro actual de separación, llamado ultracentrifugación, que requiere un equipo costoso y lleva horas completarlo.
Una vez validado en un estudio más amplio, Zheng y Belani creen que esta técnica se puede aplicar no solo al cáncer de pulmón sino también a la mayoría de los tumores sólidos, si no todos, que son responsables del 80-90 por ciento de las muertes por cáncer.
"La secuenciación del ADN aislado de los VE servirá como una herramienta prometedora para rastrear la evolución del cáncer y monitorear la dinámica del tumor con el objetivo final de mejorar la supervivencia del cáncer", concluye Belani.
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Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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