Creating Biomedical Technologies to Improve Health

Células Tumorales Circulantes al Fin Capturadas

Thursday, July 31, 2008

Una mesa de trabajo completamente automatizada para procesamiento CTC, que conecta al CTC-chip con una bomba neumática que empuja la sangre a través del aparato.

A fully automated bench top CTC processing machine, which connects the CTC-chip to a pneumatic pump to push blood through the device.

Imagine que como parte de un examen físico habitual, un técnico analiza su sangre para detectar cualquier cáncer al acecho en su cuerpo. Utilizando una pequeña muestra de sangre del paciente, los médicos deciden la mejor terapia para tratar la forma particular de cáncer de una persona. Con la nueva tecnología microchip de células tumorales circulantes (CTC), estos escenarios podrán hacerse realidad muy pronto.

Las CTCs, descubiertas inicialmente en 1869, han llamado la atención de científicos y médicos por igual. Estas células se desprenden del tumor principal y circulan por el torrente sanguíneo. Su presencia en la sangre puede sugerir que el cáncer ha progresado o recaído (regresado), y dicha información puede influenciar las decisiones clínicas. Debido a que estas células son muy raras (sólo una CTC por cada mil millones de células sanguíneas), capturar una sola de ellas parece más difícil que encontrar una aguja en un pajar y, en muchos casos, puede que no se descubra ninguna CTC en lo absoluto. Los científicos no están seguros si algunos tumores verdaderamente no liberan CTCs o si la tecnología disponible no es lo suficientemente sensible para detectar números muy bajos de CTCs en la sangre. Para poder contestar esta pregunta, los investigadores del Hospital General de Massachusetts diseñaron un microchip de microfluidos denominado CTC-chip, un aparato que aísla las CTCs de la sangre entera.

 

Colar la Sangre para Encontrar CTCs

El CTC-chip, del tamaño de una tarjeta de crédito, contiene miles de puntos terminales microscópicos (micropostes) recubiertos de anticuerpos que se adhieren a la proteína EpCAM que se encuentra en la superficie de las células en más del 85% de todos los cánceres. Estos anticuerpos actúan como pegamento biológico, uniendo las CTCs a los micropostes al fluir la sangre sobre el chip. Las células capturadas pueden entonces analizarse con más detalle.

Después de mejorías técnicas laboriosas, incluyendo el ajuste del ritmo en el torrente sanguíneo y el arreglo espacial de los micropostes, el CTC-chip ha demostrado ser lo suficientemente sensible para detectar CTCs en las muestras de sangre de más del 99% de pacientes con cáncer metastásico. Esto sobrepasa considerablemente las capacidades de todas las técnicas actualmente disponibles para aislamiento de CTCs. Las CTCs capturadas se ven como típicas células malignas; es decir, de tamaño global y de núcleo grandes. Análisis adicionales mostraron que las CTCs contenían marcadores tumorales – proteínas que son características de un tipo de cáncer en particular. Por ejemplo, las CTCs de pacientes con cáncer de próstata y de pacientes con cáncer pulmón contenían antígenos específicos de próstata y factor-1 de transcripción de tiroides, respectivamente.

 

Herramienta de Diagnóstico Sensible

Si bien se piensa que las CTCs forman parte del proceso metastásico, “cada una de las CTCs no matará al paciente”, explica Mehmet Toner, Profesor de Cirugía (Ingeniería Biomédica) en el Hospital General de Massachusetts y la Escuela Médica de Harvard, e Investigador Principal del proyecto. La sensibilidad del CTC-chip permitirá a los científicos determinar si los niveles bajos de CTCs se presentan a principios del desarrollo del cáncer, antes de que comience la metástasis. El equipo de Toner ya ha detectado las CTCs en cáncer de próstata no-metastásico. “Queremos mejorar esta tecnología para crear una herramienta de diagnóstico. Será como un análisis de sangre para cualquier inicio de tumores, aún en la ausencia de síntomas”, añade Sunitha Nagrath, investigadora post-doctoral en el laboratorio de Toner y científica líder del proyecto CTC. Al cambiar los anticuerpos en el chip, será posible capturar las CTCs derivadas de cualquier tipo de cáncer.

 

Monitorizando la Efectividad de la Terapia y Manejando las Decisiones Clínicas

Durante el curso de la terapia, los doctores comúnmente monitorizan los cambios en el tamaño del tumor para determinar si el tratamiento está funcionando. Los estudios de imágenes utilizados para este propósito, tales como las tomografías TEP o TC, no se pueden realizar muy a menudo porque son tóxicos para los pacientes. Para saber si se pueden usar las CTCs para monitorizar la reacción del paciente a la terapia, el equipo de investigación de Toner estudió a pacientes de cáncer bajo tratamientos anti-cáncer a lo largo del tiempo y comparó el número de CTCs con el tamaño del tumor medido con imágenes por TC. “Hemos demostrado que cuando los pacientes responden al tratamiento, el número de células tumorales en circulación disminuye dramáticamente. Y cuando un paciente no responde al tratamiento y el tumor crece, aumenta el número de CTCs”, asegura Toner. Por lo tanto, la medición de los números de CTCs en tiempo-real podrá, en el futuro, permitir que los doctores cambien o detengan los tratamientos inefectivos con prontitud.

Escaneo de imagen electrónica microscópica de una sola célula de cáncer de pulmón de células no-pequeñas (H1650) capturada en el costado de un microposte.

Circulating tumor cell captured on microfluidic posts, as seen by a scanning electron microscope.

La resistencia a medicamentos, la cual puede surgir antes o durante la terapia debido a mutaciones genéticas en células tumorales, es un problema creciente en la batalla contra el cáncer. Para buscar mutaciones, se deben reunir células tumorales mediante biopsia. Siendo riesgosas y dolorosas, las biopsias se realizan por lo general sólo al principio y al final del tratamiento de cáncer. En contraste, si se utiliza la tecnología no-invasiva del CTC-chip, se podría llevar a cabo la monitorización con tanta frecuencia como fuera necesaria. Además, el análisis de secuencias genéticas CTC permitirá descubrir nuevos marcadores y mutaciones de tumores en genes resistentes conocidos, ofreciendo una manera de “detectar la recaída precoz y determinar si el paciente debe recibir uno u otro tratamiento”, explica Toner. Los científicos podrían también aprender si “mutaciones de resistencia a medicamentos evolucionan durante el curso del tratamiento”, añade Nagrath.

 

El CTC-Chip se Introduce en la Clínica

Ya que ahora existe una manera de reunir suficientes números de células de la sangre, los científicos pueden explorar muchos aspectos de las CTCs que antes no se podían estudiar. El descubrimiento de nuevos marcadores y mutaciones de tumores podría llevar al desarrollo de nuevos y mejores tratamientos de cáncer. La meta principal de Toner es llevar la tecnología del CTC-chip a los hospitales. “Para llegar ahí, necesitamos aislar fiablemente las CTCs y mostrar que su presencia (o ausencia) y su huella molecular se relacionan con el resultado clínico”, dice Nagrath. El CTC-chip está siendo probado actualmente en ensayos clínicos de cáncer de próstata y de pulmón. Al irse afinando esta tecnología, Toner prevé el expandir su uso a diferentes tumores sólidos (por ejemplo, de mama o de colon). Quizá en el futuro cercano, los médicos utilizarán CTCs para el diagnóstico precoz y el hacer decisiones y ajustes de tratamientos.

Este trabajo está apoyado en parte por el Instituto Nacional de Bioingeniería e Imágenes Biomédicas como parte del programa de Becas Quantum.

 

Referencia

Nagrath S, Sequist LV, Maheswaran S, Bell DW, Irimia D, Ulkus L, Smith MR, Kwak EL, Digumarthy S, Muzikansky A, Ryan P, Balis UJ, Tompkins RG, Haber DA, Toner M. Isolation of rare circulating tumour cells in cancer patients by microchip technology. Nature. 2007 Dec 20;450(7173):1235–9.