ANN ARBOR, Michigan.— Un “chip” microfluídico desarrollado en la Universidad de Michigan es uno de los mejores para capturar las esquivas células de tumor circulantes en la sangre, y puede apoyar el crecimiento de las células para un análisis más detallado.
El artefacto, que se cree que es el primero que combina estas funciones, usa el avanzado material de electrónica llamado óxido de grafeno, y un artefacto de tal tipo podría un día ayudar a que los médicos diagnostiquen el cáncer, den pronósticos más acertados y prueben opciones de tratamiento en células cultivadas sin someter a los pacientes a las biopsias tradicionales.
“Si podemos hacer que estas tecnologías funcionen podrá ayudar en el avance de nuevos medicamentos para el cáncer y revolucionará el tratamiento de los pacientes con cáncer”, dijo Max Wicha, director del Centro Integral del Cáncer de la UM y co autor de un artículo sobre el nuevo artefacto que se publica esta semana, en internet, en la revista Nature Nanotechnology.
“Las células de tumor circulantes desempeñan un papel significativo en el diagnóstico temprano del cáncer y nos ayudan a entender si los tratamientos funcionan en nuestros pacientes con cáncer sirviendo como una biopsia ‘líquida’ que evalúa las respuestas al tratamiento en tiempo real”, dijo la co autora Diane Simeone, Profesora Lazar J. Greenfield de Cirugía en la Escuela de Medicina de la UM y directora del Programa de Oncología Translacional. “Los estudios de las células de tumor circulantes también nos ayudan a entender los mecanismos biológicos básicos por los cuales las células de cáncer metastizan o se propagan a órganos distantes, lo cual es la causa mayor de muertes en pacientes con cáncer”.
Pero estas células no satisfacen su promesa en la medicina porque es muy difícil separarlas en una muestra de sangre, señalan los investigadores. En la sangre de los pacientes con cáncer en las primeras etapas representan menos de una en cada mil millones de células de manera que atraparlas es más difícil que hallar la proverbial aguja en un pajar.
“Puedo quemar el pajar, o usar un imán grande”, dijo Sunitha Nagrath, profesora asistente de ingeniería química que condujo la investigación. “Cuando se trata de las células de tumor circulantes, lucen casi iguales, se sienten casi iguales, a cualquier otra célula de la sangre”.
En su procesador microfluídico el equipo de Nagrath cultivó un denso bosque de cadenas molculares, cada una equipada con un antibiótico para que se aferrara a las células del cáncer.
Aún después que se atrapan las células es difícil llevar a cabo un análisis robusto sobre solo un puñado de ellas, señalan los investigadores. Por ello es que esta demostración de una captura altamente sensitiva de células de tumor, combinada con la capacidad de cultivar las células en el mismo artefacto, es tan prometedora.
Hyeun Joong Yoon, un investigador post doctorado en el laboratorio de Nagrath y con antecedentes en ingeniería electrónica, desempeñó un papel instrumental en la confección de procesador microfluídico. Comenzóc on una base de silicona y añadió una rejilla de casi 60.000 formas de oro chatas, como flores de cuatro pedales, cada una de ellas más angosta que un cabello.
Las flores de oro atrajeron naturalmente un material relativamente nuevo llamado óxido de grafeno. Estas hojas de carbón y oxígeno, de apenas unos pocos átomos de espesor, se sedimentaron por sí mismas sobre el oro. Esta formación en capas permitió que el equipo cultivara tan densamente las cadenas moleculares captoras de células de tumor.
“Es casi como si cada grafeno tuviese muchos nano brazos para capturar células”, dijo Nagrath.
Para probar el artefacto el equipo pasó muestras de sangre, de un milímetro, a través de la estrecha cámara del procesador. Aún cuando habían añadido solo de tres a cinco células de cáncer entre los cinco mil y diez mil millones de células de sangre, el procesador fue capaz de capturar todas las células en la muestra la mitad de las veces, con un promedio del 73 por ciento en diez pruebas.
“Esto es lo más elevado que alguien ha mostrado en la literatura para la captura de un número tan bajo de células”, dijo Nagrath.
El equipo contó las células capturadas marcándolas con moléculas fluorescentes y observándolas mediante un microscopio. Estas martas hicieron que fuese fácil distinguir las células de cáncer de las células sanguíneas capturadas accidentalmente. Asimismo cultivaron células de cáncer de mama en seis días usando un microscopio electrónico para ve cómo se propagaban a través de las flores de oro.
“Cuando se tienen células individuales la cantidad de material en cada célula a menudo es tan pequeño que es difícil desarrollar ensayos moleculares”, dijo Wicha. “Este artefacto permite que las células se cultiven en cantidades más grandes de manera que se pueda hacer más fácilmente el análisis genético”.
El artefacto podría capturar células ce cáncer de páncreas, mama y pulmón en las muestras tomadas de los pacientes. A Nagrath le sorprendió que el artefacto fuese capaz de atrapar casi cuatro células de tumor por milímetro de sangre de pacientes con cáncer de pulmón aún cuando estaban en la etapa temprana de la enfermedad.
Trabajando con un equipo que comprende ingenieros y profesionales de la medicina en la UM, Nagrath cree, con optimismo, que la nueva técnica podría llegar a las clínicas en tres años.
El artíclo se titula “Sensitive capture of circulating tumor cells by functionalized grafene oxide nanosheets”. La Universidad tramita la protección de patente para la propiedad intelectual y busca socios para la comercialización que ayuden a llevar la tecnología al mercado.
