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Alternativa a la biopsia: Dispositivo'portátil' captura células cancerosas de la sangre

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Un dispositivo portátil prototipo, probado en modelos animales, puede recolectar continuamente células cancerosas vivas directamente de la sangre de un paciente.

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Desarrollado por un equipo de ingenieros y médicos de la Universidad de Michigan, podría ayudar a los médicos a diagnosticar y tratar el cáncer con mayor eficacia.

"Nadie quiere hacerse una biopsia. Si pudiéramos obtener suficientes células cancerosas de la sangre, podríamos usarlas para aprender sobre la biología del tumor y el cuidado directo de los pacientes. Esa es la emoción de por qué estamos haciendo esto", dice Daniel F. Hayes, M.D., el Profesor Stuart B. Padnos de Investigación del Cáncer de Seno en el Centro Oncológico Rogel de la Universidad de Michigan y autor principal del artículo en Nature Communications.

Los tumores pueden liberar más de 1,000 células cancerosas en el torrente sanguíneo en un solo minuto. Los métodos actuales para capturar células cancerosas de la sangre se basan en muestras del paciente, generalmente no más de una cucharada tomada en una sola toma. Algunas muestras de sangre regresan sin células cancerosas, incluso en pacientes con cáncer avanzado, y una muestra típica no contiene más de 10 células cancerosas.

Durante un par de horas en el hospital, el nuevo dispositivo podría capturar continuamente células cancerosas directamente de la vena, examinando volúmenes mucho mayores de la sangre de un paciente. En las pruebas con animales, el chip de captura de células en el dispositivo portátil atrapó 3.5 veces más células cancerosas por mililitro de sangre que las muestras en curso recolectadas por extracción de sangre.

"Es la diferencia entre tener una cámara de seguridad que toma una instantánea de una puerta cada cinco minutos o toma un video. Si un intruso entra entre las instantáneas, usted no lo sabría", dice la doctora Sunitha Nagrath, profesora asociada de ingeniería química de la Universidad de Michigan, que dirigió el desarrollo del dispositivo.

Las investigaciones muestran que la mayoría de las células cancerosas no pueden sobrevivir en el torrente sanguíneo, pero las que sí lo hacen tienen más probabilidades de comenzar un nuevo tumor. Típicamente, son estos tumores satélites, llamados metástasis, los que son mortales, en lugar del tumor original. Esto significa que las células cancerosas capturadas de la sangre podrían proporcionar mejor información para planificar los tratamientos que las de una biopsia convencional.

El equipo probó el dispositivo en perros en el Centro de Cáncer Animal Flint de la Universidad Estatal de Colorado en colaboración con Douglas Thamm, VMD, profesor de oncología veterinaria y director de investigación clínica allí. Inyectaron células cancerígenas humanas a animales adultos sanos, que son eliminadas por el sistema inmunológico de los perros en el transcurso de unas pocas horas sin efectos duraderos.

Durante las primeras dos horas después de la inyección, los perros recibieron un sedante suave y se conectaron al dispositivo, que examinó entre el 1 y el 2% de su sangre. Al mismo tiempo, a los perros se les extraía sangre cada 20 minutos, y las células cancerosas de estas muestras se recogían mediante un chip del mismo diseño.

El dispositivo encoge una máquina que es típicamente del tamaño de un horno a algo que podría ser usado en la muñeca y conectado a una vena en el brazo. Para obtener ayuda con el diseño, el equipo de ingeniería recurrió a Laura Cooling, M.D., profesora de patología clínica en la Universidad de Michigan y directora asociada del banco de sangre, donde ella administra los sistemas de tamaño completo.

"Las partes más difíciles fueron integrar todos los componentes en un solo dispositivo y luego asegurar que la sangre no se coagulara, que las células no obstruyeran el chip y que todo el dispositivo fuera completamente estéril", dice el Dr. Tae Hyun Kim, quien obtuvo su doctorado en ingeniería eléctrica en el Laboratorio Nagrath y ahora es becario posdoctoral en el Instituto de Tecnología de California.

Desarrollaron protocolos para mezclar la sangre con heparina, un medicamento que previene la coagulación, y métodos de esterilización que matan a las bacterias sin dañar los marcadores inmunológicos o anticuerpos del chip. Kim también empacó algunas de las bombas más pequeñas de grado médico en una caja impresa en 3-D con la electrónica y el chip de captura de células cancerígenas.

El chip en sí es un nuevo giro en uno de los dispositivos de mayor velocidad de captura del laboratorio de Nagrath. Utiliza el óxido de grafeno nanomaterial para crear densos bosques de cadenas moleculares con puntas de anticuerpos, lo que le permite atrapar más del 80 por ciento de las células cancerosas en la sangre total que fluye a través de él. El chip también se puede utilizar para cultivar las células cancerosas capturadas, produciendo muestras más grandes para análisis posteriores.

En los próximos pasos del dispositivo, el equipo espera aumentar la tasa de procesamiento de la sangre. Luego, dirigidos por Thamm, utilizarán el sistema optimizado para capturar células cancerosas de los perros mascota que llegan al centro como pacientes. En la actualidad, en el laboratorio de Nagrath se están desarrollando chips dirigidos a las proteínas de las superficies de las células de cáncer de mama canino.

Hayes estima que el dispositivo podría comenzar las pruebas en humanos en tres a cinco años. Se usaría para ayudar a optimizar los tratamientos para los cánceres humanos al permitir a los médicos ver si las células cancerosas están produciendo las moléculas que sirven como dianas para muchos de los medicamentos más nuevos contra el cáncer.

"Este es el epítome de la medicina de precisión, que es tan emocionante en el campo de la oncología en este momento", dice Hayes.