Crédito:proporcionado por el autor
Cuando miramos las células biológicas bajo un microscopio, generalmente no son muy coloridos. Normalmente, para visualizarlos tenemos que añadir color artificialmente, normalmente mediante tinción. Al hacerlo, podemos ver su forma y disposición en un tejido y determinar si están sanos o no.
Algunas veces, aunque, La estructura celular por sí sola no es suficiente para identificar con precisión la enfermedad, lo que puede provocar diagnósticos erróneos y consecuencias potencialmente fatales para un paciente. Pero, ¿y si hubiera una forma de no solo ver la estructura de las células, sino también determinar si son anormales, simplemente mirando su color intrínseco bajo un microscopio?
Este fue el objetivo de nuestro equipo mientras desarrollamos una nueva herramienta de diagnóstico médico llamada NanoMslide. Modificamos un portaobjetos de microscopio estándar para convertirlo en una herramienta poderosa para la detección del cáncer de mama. Nuestra investigación se publica hoy en Naturaleza .
La detección temprana es clave
Se estima que a una de cada ocho mujeres australianas se le diagnosticará cáncer de mama a los 85 años. Como ocurre con la mayoría de los cánceres, detectar la enfermedad a tiempo es fundamental. Sin embargo, un diagnóstico preciso de las primeras etapas del cáncer de mama requiere identificar un pequeño número de células enfermas en todo un tejido, que puede ser increíblemente desafiante.
El NanoMslide puede manipular la luz a nanoescala, provocando que las células se "iluminen" con un contraste de colores vivos. Esto facilita el reconocimiento de células potencialmente cancerosas (o anomalías benignas) dentro del tejido.
Al proporcionar una forma de distinguir instantáneamente qué células podrían ser cancerosas, la herramienta puede ayudar a reducir la incertidumbre actual en torno a la detección del cáncer de mama en una etapa muy temprana. Con mamografía de detección, distinguir las anomalías mamarias de los cánceres de mama tempranos en la biopsia es muy importante, sobre todo porque las tasas de diagnóstico erróneo pueden llegar al 15%.
Tejido canceroso humano, visto a través de un microscopio con el NanoMslide aplicado. Crédito:proporcionado por el autor
Principales barreras en el desarrollo
La incorporación de la nanotecnología en los diagnósticos médicos presenta una serie de desafíos. Nos tomó seis años de desarrollo asegurarnos de que NanoMslide funcionara de manera efectiva. Al final fue una combinación de nanofabricación de vanguardia, una cantidad significativa de prueba y error y un poco de buena suerte que nos llevaron a nuestro gran avance.
Por décadas, Los investigadores han sabido que las células cancerosas tienden a interactuar con la luz de una manera diferente a las células sanas. Esto se debe a una variedad de factores, como la distribución de proteínas dentro de la célula y las diferencias en su forma general.
El principal desafío es que estas diferencias pueden ser extremadamente sutiles y pueden presentarse de diversas formas. Los enfoques anteriores para diferenciar las células cancerosas (sin utilizar tinciones o etiquetas) han tendido a utilizar equipos de microscopía especializados, o técnicas complejas.
Pero estos enfoques son difíciles de incorporar a los flujos de trabajo de patología existentes y pueden requerir formación y conocimientos especializados. Así que adoptamos un enfoque radicalmente diferente.
Tejido humano normal (no canceroso), visto a través de un microscopio con el NanoMslide aplicado. Crédito:proporcionado por el autor
Éxito con tejido humano
En lugar de centrarse en desarrollar un mejor microscopio, en su lugar, nos centramos en mejorar el portaobjetos del microscopio.
Al desarrollar un recubrimiento especial nanofabricado, modificamos la superficie de un portaobjetos de microscopio ordinario y lo transformamos en un sensor enorme. Lo que es realmente notable es que las estructuras del sensor tienen solo unos pocos cientos de nanómetros de diámetro, sin embargo, se repiten con asombrosa precisión en un área de decenas de centímetros, o más.
Manteniendo este nivel de precisión, que es necesario para una fabricación confiable a esta escala, ha logrado avances en las técnicas de nanofabricación que solo han estado disponibles comercialmente en los últimos seis años.
El sensor se activa mediante luz visible. Y cuando un objeto como un tejido o una sola célula entra en contacto con la superficie del sensor, se producen colores. Es esta función la que hemos podido optimizar para permitir a los patólogos detectar células que probablemente sean cancerosas, con solo mirarlos.
Los tintes que se utilizan actualmente para teñir tejidos (para visualizar la forma y la arquitectura de las células) normalmente se presentan como uno o dos colores. El NanoMslide presenta los tejidos en un hermoso contraste a todo color, facilitando la diferenciación de varios tipos de células en una sola diapositiva.
El NanoMslide es un sensor grande equipado con capacidades nanotecnológicas de vanguardia. Crédito:proporcionado por el autor
Para nuestro estudio, probamos las diapositivas con patólogos expertos en cáncer de mama, utilizando tanto un modelo de ratón como tejido de paciente. Al comenzar con un modelo de animales pequeños bien caracterizado, nuestro equipo de físicos, Los investigadores del cáncer y los patólogos del seno pudieron desarrollar aún más la tecnología.
Finalmente llegamos al punto en el que podíamos estar seguros de que algunos de los colores específicos visibles eran indicativos de células cancerosas. Esto llevó a más evaluaciones patológicas con tejido del paciente, donde hay más complejidad con la que lidiar en términos de diagnóstico.
Todavía, incluso en este entorno más desafiante, el NanoMslide funcionó con fuerza. También superó a algunos biomarcadores comerciales, que se utilizan como ayuda para diagnósticos dudosos (donde el cáncer es difícil de diferenciar de las anomalías benignas).
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Debido a que la tecnología no depende de ninguna función especial, o interacciones moleculares específicas, potencialmente podría aplicarse a otros tipos de cáncer, incluso a otros tipos de enfermedades. Otra aplicación en la que se está trabajando ahora es examinar los resultados de las biopsias líquidas, como hisopos de mejillas, para análisis inmediato en el punto de atención.
En abril, Tuvimos la suerte de beneficiarnos de la apertura de un nuevo instrumento en la Planta Nacional de Fabricación de Australia para permitir la ampliación de la producción. Esto significa que NanoMslide se puede mover de la fabricación a pequeña escala a la mediana, permitiéndonos explorar una serie de aplicaciones diferentes, y producir el número de portaobjetos necesarios para una mayor validación clínica.
La tecnología también podría ser enormemente beneficiosa para el creciente espacio de patología digital, donde los colores vivos generados por NanoMslide podrían ayudar a desarrollar algoritmos de inteligencia artificial de próxima generación para identificar signos de enfermedad.
Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original. 
