Un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur NUS ha desarrollado una tecnología novedosa que podría detectar y clasificar de manera sensible y precisa las células cancerosas, así como determinar la agresividad de la enfermedad a partir de las biopsias menos invasivas. Con esta nueva tecnología llamada STAMPConjunto de topología de secuencia para perfiles multiplexados, se puede obtener información completa sobre la enfermedad más rápidamente, en una etapa mucho más temprana del flujo de trabajo clínico, lo que permite a los médicos decidir y administrar tratamientos antes y de manera más efectiva.
La biopsia, que consiste en extraer una pequeña cantidad de tejido del cuerpo, es la forma principal para que los médicos diagnostiquen la mayoría de los cánceres. Si bien se prefieren los procedimientos de biopsia menos invasivos, pueden producir muestras insuficientes, lo que resulta en un diagnóstico incompleto y / o no concluyenteUn diagnóstico definitivo y un análisis adicional, como la estadificación del cáncer, solo se pueden realizar después de la cirugía; esta información tan esperada se usa para guiar las decisiones de tratamiento posteriores.
La tecnología STAMP supera muchos desafíos de este flujo de trabajo clínico para permitir el diagnóstico temprano e informativo del cáncer. STAMP utiliza códigos de barras de ADN programables para medir miles de millones de marcadores de proteínas en una sola prueba: la cantidad y la distribución de estos marcadores de proteínas en unde una muestra clínica pequeña. Usando el cáncer de mama como modelo, STAMP logra una alta precisión diagnóstica de más del 94 por ciento, comparable con la patología tisular estándar de oro, y revela información clínica importante que actualmente solo puede obtenerseanálisis de tejido de cirugía: todo directamente de una biopsia por aspiración con aguja fina FNA, la forma menos invasiva de biopsia.
Dirigido por el Profesor Asistente Shao Huilin del Instituto NUS para la Innovación y Tecnología de la Salud NUS iHealthtech, el equipo de investigación de 10 miembros pasó más de dos años para desarrollar STAMP.
"Nuestra tecnología STAMP aprovecha las propiedades únicas del ADN para formar códigos de barras 3D. Estos códigos de barras se pueden usar para medir diversos marcadores de proteínas y detectar las ubicaciones específicas de los marcadores en las células. Al mapear estos patrones de distribución de marcadores en las células, STAMP puedeproporcionan una indicación temprana de la agresividad de la enfermedad. Las técnicas de patología actuales solo miden un pequeño subconjunto de marcadores de proteínas y requieren varios días de procesamiento extensivo. En comparación, STAMP es un millón de veces más sensible, proporciona análisis altamente informativo de muestras escasas y puede completarseen tan solo dos horas ", dijo el profesor Asistente Shao.
El avance tecnológico del equipo fue publicado por la revista científica Ingeniería biomédica de la naturaleza .
Rastrea miles de millones de marcadores de proteínas en una sola prueba
El análisis integral de la expresión y distribución de proteínas es muy prometedor para el descubrimiento de biomarcadores, la detección temprana de enfermedades y la racionalización de las opciones de tratamiento. Sin embargo, los enfoques actuales incluyen técnicas de imagen y microscopía, que son complejas, requieren mucho tiempo y tienen una multiplexación limitadacapacidad. STAMP fue conceptualizado y desarrollado para abordar estos desafíos.
El plano de la vida, el ADN existe en la naturaleza como largas 'cintas' para almacenar información genética masiva a través de su combinación de códigos de base. Además de esta forma lineal conocida, el ADN puede ser diseñado con precisión para plegarse en nanoestructuras 3D con mayor estabilidadSTAMP aprovecha estas dos propiedades importantes del ADN, una gran capacidad para almacenar información, así como su capacidad de programación para plegarse y desplegarse en diferentes estructuras, para diseñar códigos de barras convertibles. Estos códigos de barras STAMP se pueden usar para medir miles de millones de marcadores de proteínas en unprueba individual e identificar las ubicaciones específicas de estos marcadores de proteínas en las células.
"Para etiquetar diversos marcadores de proteínas en las células, STAMP utiliza códigos de barras de ADN que se pliegan como nanoestructuras compactas. Estos códigos de barras 3D logran una alta eficiencia de etiquetado y permanecen estables contra la degradación biológica. Cada código de barras 3D recibe además una etiqueta de localización para codificar el marcador de proteínasubicación y distribución dentro de la célula ", explicó el Sr. Noah Sundah, estudiante de doctorado de NUS iHealthtech, así como del Departamento de Ingeniería Biomédica de NUS, y primer autor del estudio.
"Para realizar el análisis, estos códigos de barras 3D se despliegan a pedido mediante calentamiento para liberar un conjunto de ADN lineal, que puede analizarse fácilmente utilizando tecnologías establecidas como PCR y secuenciación de ADN. De esta manera, la expresión de una gran cantidadel número de marcadores de proteínas y su distribución en las células se pueden medir de manera sensible en una sola prueba ", agregó el Sr. Sundah.
Para facilitar el procesamiento clínico y la medición, el equipo de investigación implementó la tecnología STAMP en un pequeño chip microfluídico que es aproximadamente la mitad del tamaño de una tarjeta de crédito. Los resultados de las pruebas podrían generarse a partir de pequeñas cantidades de muestras clínicas, y cada prueba se estima encuesta US $ 36.
Prueba efectiva para diagnóstico de cáncer, subtipado y medición de agresividad
Para validar el rendimiento de STAMP, el equipo de investigación realizó un estudio clínico con 69 pacientes con cáncer de mama. Se recogieron biopsias de FNA de cada paciente y se analizaron usando STAMP. Para la comparación, se realizó un análisis de patología estándar de oro en los tejidos postoperatorios para todos los pacientes.
El análisis STAMP de las muestras de FNA demostró un alto nivel de precisión de más del 94 por ciento para el diagnóstico y subtipo de cáncer, lo que lo hace tan preciso como el análisis de patología de los tejidos quirúrgicos. Es importante destacar que, según su análisis integral de marcadores de proteínas, STAMP fuetambién capaz de identificar con precisión la agresividad de la enfermedad a partir de las escasas muestras de biopsia.
Próximos pasos
Se ha presentado una patente provisional para STAMP. La profesora asistente Shao y su equipo están actualmente en conversaciones con socios de la industria para desarrollar y comercializar esta tecnología. Se espera que la tecnología llegue al mercado en los próximos cinco años.
En adelante, el equipo de investigación espera expandir las aplicaciones de STAMP a otros tipos de cáncer, como el cáncer de cerebro, pulmón y gástrico, así como validar la tecnología en otras muestras, como sangre y ascitis.
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Materiales proporcionado por Universidad Nacional de Singapur . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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