Yu-Chih Chen, un científico investigador en ingeniería eléctrica e informática, ayudó a desarrollar un chip que puede liberar suavemente células individuales, dirigido con pulsos de láser extremadamente cortos. Crédito:Evan Dougherty, Ingeniería de Michigan
En un trabajo que podría mejorar la comprensión de cómo se propaga el cáncer, un equipo de ingenieros e investigadores médicos de la Universidad de Michigan desarrolló un nuevo tipo de chip de microfluidos que puede capturar raras, células cancerosas agresivas, cultívelos en el chip y libere células individuales bajo demanda.
Por primera vez, pueden comparar fácilmente dos células "hermanas" diferentes, nacidas de la misma célula cancerosa original, para explorar cómo se activan y desactivan diferentes genes a medida que las células cancerosas se dividen y se propagan. Los estudios con el nuevo chip también podrían revelar por qué algunas células cancerosas son resistentes a los medicamentos.
El objetivo final del proyecto, dirigido por Euisik Yoon, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación, es descubrir qué impulsa los procesos de "autorrenovación" que permiten que estas agresivas células cancerosas se comporten como células madre.
Estas células se conocen como células madre cancerosas. Son capaces de dividirse y convertirse en diferentes tipos de células cancerosas. con diferentes genes activados o desactivados. Los investigadores del cáncer creen que si las propiedades parecidas a los tallos pueden desactivarse, el cáncer no podrá crecer ni diseminarse.
"Cuando se forma un tumor, algunas células madre cancerosas mantienen el tallo, mientras que otros se diferencian. Al comprender esto, sabremos más sobre la formación de tumores y descubriremos formas de inhibirlos, "dijo Yu-Chih Chen, científico investigador en ingeniería eléctrica e informática y coautor principal de un artículo recientemente publicado en ACS Nano .
La base del nuevo chip está compuesta por nanotubos de carbono cubiertos con una capa de plástico. Cuando una célula cancerosa se asienta en el chip, se adhiere a ese revestimiento. Para liberar la celda, los investigadores emitieron pulsos de luz láser extremadamente cortos cerca de él. La luz es absorbida fácilmente por los nanotubos de carbono, calentándolos con flash, mientras que el plástico aísla la celda.
El calor hace que el aire atrapado entre los nanotubos y el plástico se expanda, soplando una burbuja debajo de la celda. Cuando la burbuja atraviesa el plástico, la celda se desprende. Luego, la célula puede eliminarse del chip y capturarse para la elaboración de perfiles genéticos.
La mayoría de los métodos existentes para liberar células cancerosas capturadas individualmente son dañinos para las células o no pueden sacarlas del chip de manera confiable. El láser era lo suficientemente preciso como para despegar un lado de una celda, dejando el otro lado anclado.
El láser crea una burbuja debajo de la celda que explota y libera la celda para que pueda fluir fuera del chip. Crédito:Yu-Chih Chen, Laboratorio de Yoon
Y el proceso de desprendimiento de burbujas fue tan suave que incluso las proteínas de la superficie de la membrana celular resultaron ilesas. Las proteínas de la superficie son una importante vía no destructiva para identificar las células madre cancerosas.
Para comenzar a explorar las diferencias en la expresión génica entre células hermanas, el equipo examinó por primera vez un gen llamado Notch, que está asociado con células madre tanto normales como cancerosas. Si Notch se expresó en las células hijas, era una indicación aproximada de que la división se renovaba a sí misma. Una célula positiva para Notch podría producir dos células que expresan el mismo gen, un Notch positivo y uno Notch negativo, o dos células Notch negativas.
Sus análisis demostraron que Notch no sirve como único indicador de las propiedades parecidas a las de las células cancerosas. Otros genes asociados con las células madre podrían activarse o desactivarse en las células hijas con expresión de Notch.
La tarea que tienen por delante los investigadores del cáncer, con la ayuda del nuevo chip, es identificar cuáles de estos genes son fundamentales para la capacidad de autorrenovación de una célula madre cancerosa. Si estos pueden cerrarse, forzar a todas las células madre cancerosas a producir solo células no madre cuando se dividen, puede ser posible subvertir la capacidad de un tumor para crecer y diseminarse.
"Si identificamos algunos genes clave, o un posible objetivo de la droga, luego, los investigadores farmacéuticos pueden desarrollar un compuesto para alcanzar este objetivo farmacológico, "Dijo Chen.
Las pruebas de drogas inspiraron a Yoon a desarrollar este chip. En chips anteriores, algunos cánceres sobrevivieron a los tratamientos, y quería comprender mejor estas células.
"Algunas células son muy resistentes; otras se matan fácilmente, "dijo Yoon, quien también es profesor de ingeniería biomédica. "Queríamos extraer células individuales después de la detección de drogas y observar sus perfiles genéticos para ver si podemos ver qué hace que las células cancerosas sean parecidas a un tallo".
Los experimentos futuros podrían conducir a lo que algunos investigadores del cáncer llaman "curas funcionales, "similar al manejo del VIH. El cáncer no necesariamente tiene que ser erradicado. Detener la propagación del cáncer puede ser suficiente para permitir que un paciente con cáncer lleve una vida saludable".
Este trabajo se informa en un artículo titulado "Desprendimiento selectivo fotomecánico y recuperación de células hermanas divididas de microfluidos cerrados para análisis posteriores".
