Ha sido diseñado por investigadores un ingenioso método para identificar el cáncer pancreático de manera oportuna.
La técnica consiste en la detección sensible de vesículas extracelulares (EVs) — pequeñas burbujas de materia producidas por la mayoría de las células vivientes.
A pesar de los enormes avances en investigación, los métodos para la detección de muchas enfermedades siguen siendo complejos y costosos, y usualmente sólo detectan la enfermedad en una etapa avanzada, cuando los resultados pueden ser desalentadores para los pacientes. Uno de estos padecimientos es el cáncer pancreático, el cual podría no presentar ningún síntoma evidente en las etapas tempranas, y aun así desarrollarse de manera agresiva. De hecho, de acuerdo con la Sociedad Americana de Cáncer, de manera impactante, el 80% de los pacientes de este tipo de cáncer muere menos de un año después de recibir el diagnóstico.
Sin embargo, actualmente, Tony Hu, un investigador del Centro de Bio-diseño para el Diagnóstico Personalizado Virginia G. Pieper, junto con sus colegas, han desarrollado un ingenioso método para identificar el cáncer pancreático de manera oportuna. Su técnica consiste en la detección sensible de vesículas extracelulares (EVs) — pequeñas burbujas de materia producidas por la mayoría de las células vivientes.
En una nueva investigación publicada en la versión avanzada en línea de la revista científica Nature Biomedical Engineering, El Dr. Hu y sus colegas describen un método de detección de EVs derivadas de tumores que portan una proteína superficial particular que funciona como un marcador revelador del cáncer pancreático. La capacidad para detectar con precisión esta proteína, conocida como EphA2, podría permitir utilizarla como una señal que podría diagnosticar incluso las etapas más tempranas del cáncer pancreático.
El problema de diagnóstico del cáncer pancreático
“El cáncer pancreático es un tipo de cáncer para el cual necesitamos encontrar urgentemente un biomarcador sanguíneo de detección temprana,” comenta el Dr. Hu. Actualmente, la única cura que hay para el cáncer pancreático sigue siendo la remoción quirúrgica del tejido enfermo, que sin embargo, en muchos casos no es viable debido al grado de esparcimiento del cáncer al momento del diagnóstico.
“Se ha utilizado otra tecnología para el proceso de detección sin obtener buenos resultados debido a la naturaleza de este cáncer. Es muy difícil detectar una señal de diagnóstico temprano cuando no hay ningún síntoma. No es como el cáncer de mama, en el que si sientes dolor puedes ir rápidamente a revisar si hay algún crecimiento anormal.”
Esta investigación ahora demuestra que una plataforma que utiliza la interacción entre dos nanopartículas diferentes para detectar EVs relacionadas con tumores, puede distinguir con precisión entre muestras sanguíneas de pacientes con cáncer pancreático, pancreatitis — una enfermedad que puede presentar síntomas similares a los del cáncer pancreático — y de individuos saludables. Por otra parte, esta técnica podría, a la larga, ser útil para la detección sensible y rápida de un grupo de enfermedades, con base en sus marcas distintivas de EVs.
Las vesículas en cuestión
Las EVs son producidas tanto por células eucariotas (incluyendo a células humanas) como por células procariotas, (como las células bacterianas, las cuales carecen de núcleo y otros componentes rodeados por una membrana). Las EVs se asemejan a versiones miniatura de las células que las producen, aunque carecen de mucha de la complejidad de los mecanismos de las células.
Existe una variedad de tipos de EVs, que se derivan en diversas formas de sus células progenitoras. El estudio actual examina una clase de EVs conocida como exosomas, que varían de 50 a 150nm de tamaño. Los exosomas se derivan de compartimentos rodeados por una membrana dentro de la célula (conocidos como endosomas) que eventualmente se fusionan con la membrana exterior de la célula para liberar exosomas al espacio extracelular.
Alguna vez considerados únicamente como residuos de la actividad metabólica de las células, las EVs ahora son reconocidas como componentes vitales con extensas responsabilidades que recientemente han empezado a salir a la luz. Las EVs forman una sutil y sofisticada red de comunicación que opera entre células, y son altamente conservadas entre especies, sugiriendo un rol esencial en los procesos de la vida. Entre sus actividades se encuentra la transferencia de ácidos nucleicos, proteínas y lípidos que pueden desatar cambios psicológicos y patológicos, tanto en la célula progenitora como en la célula objetivo. Las EVs también tienen un papel crucial en las respuestas inmunes innatas y adaptativas.
Las EVs emblemas de salud y de enfermedad
Investigaciones han mostrado las EVs circulantes son elevadas en una cantidad de enfermedades. Parece que las EVs tienen un rol importante en el desarrollo y progresión de ciertos tipos de cáncer, incluyendo el pancreático. Una función aparente de las EVs derivadas de tumores, una vez que han salido de su célula progenitora, es la de migrar a otros tejidos y modificar sus alrededores para crear un ambiente (nicho) favorable para la invasión y el crecimiento de tumores (metástasis). Como los pioneros en un nuevo continente, las EVs pueden abrir el camino para que las células cancerígenas las sigan en su despertar.
También hay evidencia de que los exosomas derivados de tumores pueden ayudar a las células de tumores a desarrollar una tolerancia a los medicamentos, al exportar los fármacos anti tumores o neutralizar los medicamentos a base de anticuerpos.
Los beneficios de conocer las EVs
Las EVs podrían servir como medios útiles para evaluar el tamaño del cáncer y su respuesta a los tratamientos, dado que los niveles de EVs derivadas de tumores en las muestras de sangre de los pacientes debería incrementarse con la masa del tumor y decrecer en relación a una respuesta favorable a los tratamientos contra el cáncer, y así, ofrecer una forma rápida, económica y no quirúrgica de examinar los cambios en el estado de la enfermedad en los pacientes.
La identificación de proteínas asociadas con EVs derivadas de tumores, como la EphA2, y una mejor comprensión del rol de las EVs en el desarrollo de tumores y la metástasis, podría abrir un nuevo capítulo en el diagnóstico del cáncer y en el seguimiento a los tratamientos. Dado que los casos de cáncer pancreático se caracterizan frecuentemente por altos índices de resistencia al tratamiento, se necesita con urgencia un seguimiento óptimo de los tratamientos, de modo que los tratamientos personalizados puedan ser rápidamente modificados para mejorar los resultados en los pacientes. Por otra parte, una mejor comprensión de los factores específicos que controlan las acciones de las EVs para promover el desarrollo del cáncer y la metástasis, podría conducir al descubrimiento de nuevos objetivos mecanicistas para terapias contra el cáncer que permitan tratamientos terapéuticos personalizados.
Un rayo de luz: las nanopartículas
Las EVs han sido aisladas a partir de una variedad de tipos de células y de fluidos biológicos (saliva, orina, sangre, leche materna, líquido seminal, amniótico y nasal, y fluido bronquial) haciendo de ellos candidatos atractivos para el desarrollo de un biomarcador dentro de una variedad de condiciones. Sin embargo, el reto crítico ha sido separar las EVs relacionadas con enfermedades, de la diversa variedad de otras EVs que circulan en fluidos corporales. Los investigadores carecen de métodos sencillos para el análisis de las EVs, lo que por lo general requiere de lentos procedimientos de aislamiento y purificación que no son apropiados para un entorno clínico. Por otra parte, han hecho falta biomarcadores capaces de distinguir con precisión EVs derivadas de tumores.
Para hacer frente a estas deficiencias, el nuevo método se basa en una técnica práctica basada en nanopartículas que puede identificar rápidamente, con una mínima preparación, EVs derivadas de tumores.
La explicación del nuevo método de diagnóstico
Para hacer esto, se diluyen pequeñas muestras de sangre (cerca de 1 microlitro, volumen menor al que se encuentra en una lágrima) y se aplican a un chip sensor recubierto con anticuerpos, a una proteína de membrana de EV. Las EVs adheridas al chip gracias a este anticuerpo, se mezclan con nanopartículas recubiertas con anticuerpos — una nanósfera verde y una nanobarra roja — que reconocen una segunda proteína de membrana de EV y al marcador del cáncer pancreático EphA2. Únicamente las EVs derivadas de cáncer unen ambas nanopartículas, y su contacto cercano con estas EVs causa un efecto de acoplamiento que cambia el color e incrementa notoriamente la intensidad de su luz refractada, generando una señal que es fácilmente visible cuando se observa con un microscopio de campo oscuro.
En una serie de experimentos realizados por el Dr. Hu y sus colegas, este método identificó muestras de sangre de cáncer pancreático, con una alta sensibilidad, incluyendo aquellos en una etapa temprana de la enfermedad, distinguiéndolos de los pacientes con pancreatitis y de individuos saludables. Además, este método detectó alteraciones en los niveles sanguíneos de EV de la EphA2 en muestras de sangre pre y post terapia correspondientes a las respuestas de los tumores a la terapia, demostrando el poder de esta técnica para dar seguimiento a la efectividad del tratamiento.
Aunque el estudio actual examinó muestras usando microscopios ópticos, los investigadores prevén un sistema totalmente automatizado capaz de llevar a cabo esos ensayos en la clínica a un bajo costo y con una gran capacidad. El Dr. Hu señala que hay un gran interés para la transferencia clínica de esta nueva tecnología de diagnóstico, aunque indica que probablemente serán necesarios de 2 a 3 años para que sea aprobado por la FDA.
Frontera prometedora de las EVs en otras enfermedades
Este método parece promisorio para la detección de una amplio grupo de enfermedades en la que las EVs podrían ser aplicadas como biomarcadores, dado que debería ser posible adaptarlas al remplazar simplemente una o ambas sondas de nanopartículas con sondas específicas de EVs para la enfermedad deseada.
Es cierto que el Dr. Hu y sus colegas ya han demostrado en un estudio con un número pequeño de muestras, la validez de este método para detectar casos activos de tuberculosis. En este estudio se detectaron cantidades abundantes de EVs derivadas de bacterias de tuberculosis en las muestras de orina de los pacientes. Estos alentadores resultados abren la puerta para una prueba de tuberculosis sencilla, y no invasiva. Esto es particularmente importante para pacientes que no pueden producir muestras de esputo para pruebas estándares de tuberculosis, y por tanto podrían tener que someterse a uno o más procedimientos invasivos ara obtener una muestra que pueda ser empleada para diagnóstico.
Las EVs están siendo estudiadas igualmente para aplicación en otras enfermedades específicas, y el ritmo de tales investigaciones continúa acelerándose. Algunos investigadores incluso están explorando la capacidad de las EVs para funcionar directamente como agentes terapéuticos o distribuidores de fármacos. De esta forma, las aplicaciones médicas potenciales de las EVs, alguna vez consideradas desechos celulares, parecen ser muy prometedoras.
Fuente: sciencedaily.com
Fecha: 6 de febrero de 2017
Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2017/02/170206111912.htm
Fuente original:
Materiales proporcionados por la Universidad del Estado de Arizona. Original escrito por Richard Harth. Nota: El contenido podría haber sido editado en estilo y extensión.
Referencia de la Publicación:
Kai Liang, Fei Liu, Jia Fan, Dali Sun, Chang Liu, Christopher J. Lyon, David W. Bernard, Yan Li, Kenji Yokoi, Matthew H. Katz, Eugene J. Koay, Zhen Zhao, Ye Hu. Nanoplasmonic quantification of tumour-derived extracellular vesicles in plasma microsamples for diagnosis and treatment monitoring. Nature Biomedical Engineering, 2017; 1: 0021 DOI: 10.1038/s41551-016-0021
Nota: Instituto Nutrigenómica no se hace responsable de las opiniones expresadas en el presente artículo.
