Un microchip captura grupos de células cancerosas en sangre

Redacción. Madrid
Investigadores han desarrollado un chip de microfluidos (Cluster-Chip) que captura grupos raros de células tumorales circulantes, de lo que se derivan importantes conocimientos sobre cómo se propaga el cáncer. El trabajo ha sido financiado por el Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería (Ninib, por sus siglas en inglés), que forma parte de los institutos nacionales de salud estadounidenses.

El investigador Mehmet Toner.

Las células tumorales circulantes (CTC) son aquéllas que se desprenden de un tumor y se mueven a través de la corriente sanguínea de un paciente con cáncer. Las CTC individuales son extremadamente raras, por lo general, menos de una 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 los pequeños grupos de CTC o clusters. Aunque se conoce su existencia 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 que conforman.

Ahora, investigadores dirigidos por Mehmet Toner, profesor de Cirugía e 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, han informado del desarrollo de un nuevo chip de microfluidos que está diseñado 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”, ha explicado 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”, ha subrayado.

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 los modos de adaptar el tratamiento de la enfermedad en cada persona a partir de su biología celular.

¿Más comunes de lo que se piensa?

Toner y su colaborador, Daniel Haber, también en MGH, utilizaron 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 –ha resaltado 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 aportó nuevos conocimientos sobre la biología de estas células, que se publican 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.

Etiquetado con fluorescente en el chip

Para determinar la eficacia de Cluster-Chip, los investigadores introdujeron grupos de células (que van desde dos 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 mililitros por hora, 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.

Propiedades estructurales de estos grupos celulares

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.

Indicador de capacidad invasora

Para caracterizar la biología de los grupos, los investigadores midieron un marcador de proliferación de células tumorales –un indicador de mayor capacidad invasiva 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 –ha subrayado Pettigrew–. Teniendo en cuenta el creciente número de terapias contra el cáncer que se dedican al sistema inmune, la capacidad de controlar las interacciones de células tumorales-inmunológicas a través de la sangre podría ser de gran valor”, ha añadido.