Un microchip captura grupos de células tumorales circulantes

Investigadores han desarrollado un chip de microfluidos que puede capturar grupos raros de células tumorales circulantes, lo que podría producir importantes nuevos conocimientos sobre cómo se propaga el cáncer. El trabajo fue financiado por el Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería (NIBIB, por sus siglas en inglés), parte de los Institutos Nacionales de Salud estadounidenses.

 

Las células tumorales circulantes (CTC) son células que se desprenden de un tumor y se mueven a través de la corriente sanguínea de un paciente de cáncer. Las CTC individuales son extremadamente raras, por lo general, menos de 1 de mil millones de células y pueden establecer su residencia en órganos distantes, por lo que los investigadores creen que es un modo por el cual se propaga el cáncer.

 

Aún menos común que las CTC individuales son pequeños grupos de CTC o ‘clusters’. Aunque se conoce la existencia de grupos de CTC desde hace más de 50 años, no se ha investigado a fondo su prevalencia en la sangre, así como su papel en la metástasis, sobre todo porque son muy difíciles de alcanzar. Sin embargo, recientes avances en las tecnologías biomédicas que han permitido a los investigadores capturar CTC individuales han renovado el interés en los grupos de CTC, que son capturadas ocasionalmente junto con CTC individuales.

 

Ahora, investigadores dirigidos por Mehmet Toner, profesor de Cirugía (ingeniería biomédica) en el Hospital General de Massachusetts (MGH, por sus siglas en inglés) y la División de Salud y Ciencias de la Tecnología de Harvard-MIT, en Estados Unidos, informan del desarrollo de un nuevo chip de microfluidos que está diseñado específicamente para la captura eficiente de los grupos de CTC de la sangre sin procesar.

 

“Se sabe muy poco acerca de los grupos de CTC y su papel en la progresión y metástasis del cáncer. Esta tecnología única presenta una gran oportunidad para capturar estos excepcionalmente raros grupos de células para su posterior análisis en una forma que es mínimamente invasiva”, dice el director del NIBIB, Roderic I. Pettigrew. “Éste es el tipo de tecnología puntera que podría tener un impacto muy grande en la investigación del cáncer”, subraya.

 

La nueva tecnología –llamada Cluster-Chip– fue desarrollada con el apoyo de una subvención de Quantum NIBIB, que financia el diseño de innovación tecnológica transformadora para resolver los principales problemas médicos con una carga de enfermedad importante, como la prevención de la metástasis del cáncer o precisamente adaptar la terapéutica a la biología celular del cáncer individual.

 

CÉLULAS MÁS COMUNES DE LO QUE SE PENSABA

 

Toner y su colaborador, el doctor Daniel Haber, también en MGH, utilizaron recientemente el Cluster-Chip para capturar y analizar grupos de CTC en un grupo de 60 pacientes con cáncer de mama metastásico, próstata y cáncer de melanoma. Los investigadores encontraron grupos CTC –que van desde dos a 19 células– en el 30-40 por ciento de los pacientes.

 

“La presencia de estos grupos es mucho más común de lo que pensamos en el pasado -resalta Toner–. El hecho de que vimos grupos en muchos de estos pacientes es realmente un hallazgo notable”. Un análisis más detallado de las agrupaciones de CTC de los pacientes dio nuevos conocimientos sobre la biología de estas células, que se detallan en un artículo publicado este lunes en la edición digital de ‘Nature Methods’.

 

El chip está diseñado para empujar lentamente la sangre a través de muchas filas de bases microscópicas en forma de triángulo que están dispuestas de tal manera que cada dos de ellas canalizan las células hacia la punta de una tercera. En el extremo, las células individuales –incluyendo las células sanguíneas y CTC individuales– se deslizan con facilidad a cada lado de la base y continúan a través del chip hasta alcanzar la siguiente punta, pero grupos de CTC se quedan en la punta, en la cuerda floja debido a las fuerzas que tiran hacia abajo la base en direcciones opuestas.

 

Para determinar la eficacia de Cluster-Chip, los investigadores introdujeron grupos de células (que van desde 2 hasta 30 células) etiquetados con fluorescente en el chip y contaron el número de grupos que fueron capturados y el número que fluía sin ser detectados. A una tasa de flujo de sangre de 2,5 ml/hr, el chip capturó el 99 por ciento de los conjuntos de células que contienen cuatro o más células, el 70 por ciento de los grupos de tres células y el 41 por ciento de los de dos células. Al comparar los grupos bajo un microscopio antes y después de su captura, los científicos vieron que el chip no tuvo efectos negativos sobre la integridad de los grupos en su conjunto.

 

Los investigadores compararon entonces la eficiencia de su nuevo chip con dos métodos utilizados actualmente que han tenido cierto éxito en la captura de grupos de CTC y vieron que a velocidades de flujo de sangre similares, el Cluster-Chip fue significativamente más eficiente que un método basado en un filtro, que impulsa la sangre a través de una membrana con poros sólo lo suficientemente grandes para permitir que células individuales pasen. El chip también era más eficiente que un chip de microfluidos diferente desarrollado previamente por Toner, que aísla CTC y ocasionalmente grupos utilizando anticuerpos que se adhieren a las proteínas especiales que se encuentran en la superficie de algunas células tumorales.

 

Los resultados destacan la importancia de la técnica única de captura de Cluster-Chip, que se basa en las propiedades estructurales de los grupos de CTC en lugar de su tamaño o la presencia de proteínas de superficie. Esta última propiedad hace que el Cluster-Chip se adapte bien para capturar grupos de CTC entre una amplia gama de tipos de cáncer, incluyendo aquellos que pierden proteínas de la superficie durante la metástasis y aquellos que nunca las expresan, como el melanoma.

 

Los investigadores probaron el Cluster-Chip en un pequeño ensayo de 60 pacientes con cáncer metastásico. El chip capturó grupos de CTC en 11 de 27 pacientes (40,7 por ciento) con cáncer de mama, 6 de 20 (30 por ciento) con melanoma y 4 de 13 (31 por ciento) con cáncer de próstata. El gran número de grupos de estas células que se encuentra en las muestras de los pacientes sugiere un posible mayor papel de los grupos en la cascada metastásica.

 

Aunque la importancia de los grupos de CTC no ha sido plenamente establecida, un estudio anterior publicado por Toner y el equipo Haber en ‘Cell’ (2014) encontró una asociación entre el aumento del número de grupos de CTC en pacientes con cáncer de mama metastásico y la reducción de la supervivencia, y una relación entre la presencia de grupos y una disminución de la supervivencia en personas con cáncer de próstata.

 

Para caracterizar la biología de los grupos, los investigadores midieron un marcador de proliferación de células tumorales –un indicador de mayor invasividad y malos resultados– en una paciente con cáncer de mama con altos números de CTC individuales y grupos. Aproximadamente la mitad de las células en grupos de la paciente fueron positivas para el marcador de proliferación, lo que demuestra que estas agrupaciones pueden contener células que proliferan activamente y quiescentes.

 

Los investigadores también observaron la rara presencia de células no tumorales dentro de los conglomerados en menos del 5 por ciento de los pacientes. “El hecho de que algunos grupos de CTC contienen células inmunes es de especial interés -subraya Pettigrew–. Teniendo en cuenta el creciente número de terapias contra el cáncer que se dedican al sistema inmunológico, la capacidad de controlar las interacciones de células tumorales-inmunológicas a través de la sangre podría ser de gran valor”.

 

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