Investigadores de la Universidad Johns Hopkins y otras instituciones informan que una nueva prueba de laboratorio que induce a las células cancerosas a exprimir a través de espacios estrechos tiene el potencial de predecir con precisión qué cánceres de seno y otros tumores sólidos es probable que se propaguen o hagan metástasis a otros sitiosDicen que la prueba también podría ayudar a los médicos a seleccionar los mejores medicamentos para prevenir la propagación del cáncer.
El equipo recibió una patente de los Estados Unidos en la prueba, llamada Ensayo de microfluidos para la cuantificación de la invasión celular MAqCI, que utiliza un dispositivo para evaluar tres características clave de la metástasis: la capacidad de las células cancerosas para moverse, comprimir para ingresarcanales estrechos y proliferar. En experimentos de laboratorio, el dispositivo MAqCI predijo con precisión el potencial metastásico de las líneas celulares de cáncer de mama y de tumores derivados de pacientes cultivados en animales en la mayoría de las muestras.
Una descripción de los experimentos se publica en línea en la edición actual de Ingeniería biomédica de la naturaleza .
Aunque se necesitan estudios adicionales para confirmar y expandir las capacidades de la prueba, los resultados de los investigadores hasta ahora son alentadores, dice el autor principal del estudio Konstantinos Konstantopoulos, Ph.D., el Profesor William H. Schwarz de Ingeniería Química y Biomolecular en JohnsHopkins Whiting School of Engineering y miembro del Programa Johns Hopkins Kimmel Cancer Center Cancer Invasion and Metastasis. Konstantopoulos también es profesor de ingeniería biomédica y de oncología en Johns Hopkins, y es un investigador principal del Johns Hopkins Institute for NanoBioTechnology.
El desafío de predecir qué pacientes con cáncer de seno desarrollarán metástasis, el sello distintivo de la enfermedad que amenaza la vida, puede conducir al sobretratamiento de pacientes con enfermedad benigna, así como a un tratamiento inadecuado de cánceres más agresivos, dice.Se detecta un bulto en el cuerpo de un paciente, el médico puede determinar si la masa es benigna o maligna a través de una biopsia, pero en realidad no pueden decir con confianza si un tumor maligno será altamente agresivo y hará metástasis en otros lugares ", dice Konstantopoulos.
Las tecnologías actuales para la predicción o detección temprana de metástasis de cáncer de mama dependen del perfil de expresión génica y la medición de células tumorales circulantes CTC o ADN tumoral circulante ADNc desprendido por las células cancerosas. Pero para cuando se detecten los CTC, los pacientes puedentiene una vida útil limitada, dice Konstantopoulos. Las pruebas de expresión génica miden los niveles de expresión de un subconjunto de genes vinculados a cánceres particulares para predecir el pronóstico. Sin embargo, es poco probable que una prueba de laboratorio sea efectiva para todas las pacientes dado que la progresión del cáncer de mama puede serÉl dice que es causada por mutaciones genéticas en diferentes vías biológicas, en diferentes puntos de control dentro de la misma vía, o incluso debido a diferentes alteraciones dentro del mismo gen. Además, las células dentro de cada tumor son muy variadas, y la evidencia sugiere solo una pequeña fracción delas células dentro de un tumor primario son capaces de formar metástasis.
Además, dice, "aunque las biopsias líquidas o las mediciones circulantes de ADN tumoral pueden ser muy buenas para monitorear la respuesta de un paciente a la terapia después de su administración, no proporcionan un medio para ayudar a los médicos a seleccionar medicamentos óptimos para prevenir la propagación".
En un intento por desarrollar una prueba de potencial metastásico que llene algunos de estos vacíos y se use junto con las tecnologías actuales, los investigadores aprovecharon un hallazgo algo fortuito, dice Konstantopoulos. Mientras él y sus colegas estudiabanEl movimiento de las células de cáncer de seno no metastásico a través de entornos diseñados que consisten en canales en forma de Y de diferentes dimensiones, observaron que estas células no podían ingresar a las secciones más estrechas del dispositivo ". Se requiere la capacidad de moverse y deformarse para ingresar a espacios estrechospor las células tumorales metastásicas para poder moverse desde el tumor primario a un sitio distante dentro del cuerpo del paciente, mientras que también se necesita un crecimiento descontrolado para que las células colonicen tejidos distantes ".
Las dimensiones de los microcanales en forma de Y se eligieron para imitar aspectos de la complejidad y variedad de las áreas de las secciones transversales de las pistas de tejido que se encuentran en o a lo largo de diferentes ubicaciones en el cuerpo, como en los tejidos intersticiales fibrilares; en el nervio, músculo o epitelio; en cavidades óseas; y en el cerebro. El dispositivo MAqCI se coloca en el escenario de un microscopio invertido que tiene capacidades de imagen de contraste de fase y fluorescencia y está conectado a una computadora. La migración celular se controla en tiempo real a través del tiempomicroscopía de contraste de fase de colapso.
Para el estudio actual de prueba de principio, Konstantopoulos y sus colegas primero tomaron células de 25 líneas celulares de cáncer de mama humano diferentes y las colocaron en el dispositivo, descubriendo que las líneas celulares de cáncer de mama que ya se sabe que son metastásicas tenían un porcentaje mayor que el umbralde células que podían comprimirse y encajar a través de canales más estrechos en el dispositivo y, por lo tanto, tenían un mayor potencial de metástasis. Se determinó que el porcentaje umbral era del 7% de células migratorias. El dispositivo tenía una precisión del 96% en la predicción del potencial metastásico entre diferentes muestras de células de cáncer de mama, en comparación con un ensayo de prueba disponible en el mercado, que tenía una precisión del 72% entre las mismas líneas celulares.
Cuando los investigadores agregaron un elemento adicional, que mide una proteína llamada Ki-67 que se encuentra en el núcleo de las células que proliferan activamente, aumentó la capacidad del dispositivo para predecir la migración / potencial metastásico al 100% de sus muestras.
A continuación, aislaron células con una alta tasa de migración a través de los canales de MAqCI, células que se cree que inician metástasis, para ver si eran más metastásicas que la población parental de células cancerosas que no estaban aisladas específicamente por sus propiedades metastásicas llamadas"células no clasificadas". Inyectaron las dos poblaciones celulares en ratones, y descubrieron que mientras ambas poblaciones celulares formaban tumores, 4 de 8 ratones inyectados con células migratorias desarrollaron metástasis en el hueso después de ocho semanas, un sitio común de metástasis de cáncer de mama,mientras que ningún ratón inyectado con células no clasificadas metastatizó en este tejido. Los ratones inyectados con células migratorias desarrollaron tumores metastásicos en el pulmón y el hígado que eran ocho veces más grandes que los encontrados en ratones inyectados con células no clasificadas.
Para examinar más a fondo qué factores contribuyen al aumento del potencial metastásico de las células migratorias, los investigadores compararon las características de estas células con las células no migratorias, descubriendo que eran más alargadas y se movían con mayor velocidad y persistencia. Estudiando el ARN de cada tipo de célula, los investigadoresdescubrieron que, en comparación con la población heterogénea sin clasificar, las células migratorias tenían cambios en la expresión génica en múltiples vías de señalización relacionadas con la supervivencia y migración celular.
Luego, compararon el potencial metastásico de cuatro líneas celulares de cáncer de mama humano adicionales según lo predicho por MAqCI con el comportamiento real de estas células tumorales implantadas en ratones vivos y verificaron las predicciones precisas de MAqCI.
En experimentos adicionales, los investigadores estudiaron dos muestras de tumor bien caracterizadas HCI-001 y HCI-002 de pacientes con cáncer de mama metastásico triple negativo. Estas células, a las que les faltan los tres receptores más comunes que promueven el crecimiento del cáncer,- pudieron migrar a través de los canales en el dispositivo MAqCI, y también se encontraron niveles de células Ki-67 consistentes con enfermedad metastásica, lo que indica que el dispositivo encontró que ambas muestras eran metastáticas.
Finalmente, los investigadores probaron la capacidad de MAqCI para predecir la efectividad de las terapias potenciales que inhiben la motilidad celular. Analizaron los medicamentos trametinib, aprobado por la FDA para melanomas, y BKM120, un inhibidor de PI3K en estudio en ensayos clínicos para cáncer de mama.El equipo descubrió que el trametinib era eficaz para reducir el porcentaje de células migratorias en tres líneas celulares de cáncer de mama triple negativo con alto potencial metastásico. Sin embargo, el otro medicamento, BKM120, redujo el porcentaje de células migratorias en solo dos de estas tres líneas celulares.y en realidad aumentó la capacidad migratoria de las células en la tercera línea celular, lo que los investigadores descubrieron que se debía a las diferentes mutaciones genéticas en cada una de las líneas celulares, un factor de confusión común en el tratamiento del cáncer.
"Este hallazgo ilustra las variadas respuestas de las células tumorales a diferentes fármacos, y por qué necesitamos formas de subclasificar aún más los tumores más allá de la actividad molecular clásica como triple negativo, HER2, etc.", dijo Konstantopoulos.
Si estudios adicionales afirman las capacidades de la prueba MAqCI, podría usarse para monitorear las tendencias migratorias y proliferativas de células aisladas de una biopsia o cáncer de seno u otro tumor sólido extirpado, dijo el equipo.
Los coautores del estudio fueron Christopher L. Yankaskas, Colin D. Paul, Panagiotis Mistriotis, Daniel J. Shea, Kristen M. Manto y Andreas C. Chai de Johns Hopkins; Keyata N. Thompson, Michele I. Vitolo, Aikaterini Kontrogianni-Konstantopoulos y Stuart S. Martin de la Facultad de Medicina de la Universidad de Maryland; Ankit Mahendra y Navin Varadarajan de la Universidad de Houston; y Vivek K. Bajpai de la Universidad de Stanford.
El trabajo fue apoyado por el Instituto Nacional del Cáncer a través de las subvenciones R01-CA183804, R01-CA216855, R01-CA154624, R01-CA174385 y K01-CA166576; la subvención del Instituto de Investigación y Prevención del Cáncer de Texas CPRIT RP180466; Melanoma ResearchAlliance Award 509800; la subvención CA160591 de los Programas de Investigación Médica Dirigida por el Congreso CDMRP; y la subvención del Departamento de Defensa W81XWH-17-1-0246. Vitolo recibió el apoyo de una Subvención Académica de Investigación de la American Cancer Society, RSG-18-028-01-CSM.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Medicina Johns Hopkins . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :