Es probable que la búsqueda de biomarcadores que puedan advertir sobre enfermedades como el cáncer mientras aún se encuentran en su etapa más temprana sea mucho más fácil gracias a un innovador chip biosensor desarrollado por investigadores de la Universidad de Stanford.

El sensor es hasta 1, 000 veces más sensible que cualquier tecnología actualmente en uso clínico, es preciso independientemente del fluido corporal que se esté analizando y puede detectar proteínas biomarcadores en un rango de concentraciones tres veces más amplio que cualquier método existente, dicen los investigadores.

El chip nanosensor también puede buscar hasta 64 proteínas diferentes simultáneamente y se ha demostrado que es eficaz en la detección temprana de tumores en ratones. lo que sugiere que puede abrir la puerta a una detección significativamente más temprana incluso de los cánceres más esquivos en humanos. El sensor también se puede utilizar para detectar marcadores de enfermedades distintas del cáncer.

"En la etapa inicial [de un cáncer], el nivel de biomarcadores de proteínas en sangre es muy, muy bajo, por lo que necesita tecnología ultrasensible para detectarlo, "dijo Shan Wang, profesor de ciencia e ingeniería de materiales y de ingeniería eléctrica, y autor principal de un artículo que describe el sensor, que se publicó en línea el Medicina de la naturaleza sitio web el 11 de octubre. "Si puede detectarlo temprano, puede tener una intervención temprana y tiene muchas más posibilidades de curar a esa persona ".

Wang dijo que la tecnología de nanosensores también podría permitir a los médicos determinar rápidamente si un paciente está respondiendo a un curso particular de quimioterapia. "Podemos saber el segundo o tercer día de tratamiento si está funcionando o no, en lugar de uno o dos meses después, " él dijo.

El sensor que Wang y sus colegas han creado, que utiliza nanotecnología de detección magnética que habían desarrollado anteriormente, puede detectar un biomarcador proteico asociado al cáncer dado en una concentración tan baja como una parte entre cien mil millones (o 30 moléculas en un milímetro cúbico de sangre).

Aunque los conceptos básicos de la tecnología de detección magnética utilizada en el nuevo biosensor se describieron el año pasado en un artículo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, el nuevo sensor no solo es más sensible que el anterior en varios órdenes de magnitud, también supera a su predecesor, y a los métodos de detección que se utilizan actualmente, de varias otras formas.

Detección temprana de tumores en ratones

La ganancia de rendimiento más impresionante detallada en el Medicina de la naturaleza El artículo es que los investigadores ahora han demostrado que el sensor magneto-nano puede detectar con éxito tumores cancerosos en ratones cuando los niveles de proteínas asociadas al cáncer todavía están muy por debajo de las concentraciones detectables utilizando la metodología estándar actual. conocido por el acrónimo ELISA.

"Ese es un hallazgo crítico para nosotros porque dice que en una aplicación biológica realista, la del crecimiento de tumores en ratones, podemos ver los tumores antes que cualquier otra cosa podría haberlos detectado". "dijo Sam Gambhir, profesor de radiología en Stanford.

"Yo diría que el documento PNAS es una prueba de concepto de la tecnología, y el Medicina de la naturaleza el papel es una prueba del concepto de la tecnología que funciona en una aplicación del mundo real, "Dijo." Una cosa es que la tecnología demuestre que puede funcionar en principio; otra muy distinta es utilizarlo con muestras de sangre de ratón real de un ratón real que desarrolla un tumor real ".

En el Medicina de la naturaleza papel, los investigadores muestran que el nuevo sensor magneto-nano tiene un amplio rango de sensibilidad, desde la cantidad diminuta descrita anteriormente hasta concentraciones de seis órdenes de magnitud, o un millón de veces, mayor que. Los mejores métodos de análisis existentes, o ensayos, en uso clínico son capaces de detectar proteínas en un rango de concentraciones de como máximo dos órdenes de magnitud.

La mayoría de las plataformas de detección actualmente en uso también se limitan a realizar un solo análisis a la vez, pero debido a que los sensores magneto-nano están conectados a un microchip en una matriz de 64 sensores, cada uno de los cuales se puede configurar para detectar una proteína diferente, los investigadores pueden buscar hasta 64 proteínas diferentes simultáneamente durante un solo análisis, lo que generalmente toma de una a dos horas, mucho menos que la mayoría de los ensayos existentes.

Los investigadores también demostraron que el sensor es igualmente eficaz en todos los fluidos biológicos probables, o matriz, que un médico querría analizar en busca de proteínas asociadas al cáncer. Esos fluidos incluyen orina, saliva, plasma sanguíneo (sangre con las células sanguíneas extraídas), suero (plasma sanguíneo al que se eliminan los factores que favorecen la coagulación) y lisados ​​celulares (nombre que se aplica al caldo celular producido por disolución de células).

"La idea de que, en esencia, en una única plataforma de ensayo, medir una amplia diversidad de biomoléculas que se encuentran en un rango tan amplio de concentraciones con tal sensibilidad es realmente, verdaderamente notable, "dijo Charles Drescher, profesor de obstetricia y ginecología en la Universidad de Washington en Seattle, que no participó en la investigación. "Creo que todos estaremos muy emocionados si esto realmente funciona".

La clave de la versatilidad del sensor magneto-nano y la amplia gama de concentraciones que puede detectar reside en el uso del magnetismo.

Cómo las nanoetiquetas magnéticas revelan la cantera

El mecanismo básico de detección empleado en los magneto-nano sensores es capturar antígenos, compuestos deletéreos producidos y desprendidos por las células cancerosas, utilizando anticuerpos que naturalmente tienden a unirse con los antígenos. Los anticuerpos denominado "anticuerpos de captura, "se aplican a un sensor, de modo que cuando la matriz de interés se coloca en el chip sensor, los antígenos apropiados se unen.

Mientras los antígenos se mantienen firmes, se aplica otra cucharada de los anticuerpos. Estos anticuerpos son atraídos por los antígenos contenidos en los sensores, y al unirse con ellos, sellar eficazmente los antígenos dentro de un sándwich de anticuerpos. Luego, los investigadores aplican un lavado que contiene etiquetas de nanopartículas magnéticas que se han diseñado para adaptarse a anticuerpos específicos. Las nanoetiquetas magnéticas se adhieren al anticuerpo externo del sándwich, donde alteran el campo magnético ambiental de una manera pequeña pero distinta y detectable que es detectada por el detector.

Los ensayos de detección de proteínas que se utilizan actualmente se basan en una variedad de mecanismos, como medir la carga eléctrica, señales fluorescentes o pH, todos los cuales son propensos a la interferencia de la matriz biológica en la que residen las proteínas deseadas. Si bien un ensayo en particular puede ser adecuado para evaluar la concentración de una proteína en la orina, por ejemplo, puede funcionar mal cuando se aplica a una muestra de sangre, ya que las diferencias en la composición de la matriz afectan propiedades como el pH o la carga eléctrica.

"Nuestros sensores se muestran bastante insensibles a la matriz, por lo que es otro elemento clave desde el punto de vista científico, "dijo Wang. Como ejemplo, él dijo, "Sabemos que en la saliva y la sangre, tienen valores de pH totalmente diferentes y química diferente, pero todos son no magnéticos. Magnéticamente son como el aire. Por lo tanto, no interfiere con nuestro mecanismo [de detección] ".

La mayoría de los ensayos actualmente en uso solo pueden detectar proteínas en un rango estrecho de concentraciones antes de que la interferencia de algún tipo degrade la sensibilidad del ensayo. Eso puede requerir que se realicen una serie de ensayos en una muestra diluida a diferentes concentraciones, para obtener una imagen completa de la concentración de una proteína en la matriz. Pero otra vez, mediante el uso de detección magnética, Wang y sus colegas pueden eludir tal degradación de la señal.

"Con la alta sensibilidad y el amplio rango, podemos observar un gran panel de proteínas en un amplio rango de concentraciones, y con la insensibilidad de la matriz, podemos mirarlos en diferentes fluidos, "dijo Richard Gaster, Candidato a MD / PhD en bioingeniería y medicina, y primer autor en el Medicina de la naturaleza papel. "No tenemos que adaptarnos a dónde estamos mirando; podemos mirar todo simultáneamente". Que produce ahorros en el tiempo, cuales, una vez que el sensor entre en uso comercial, también se traducirá en ahorros monetarios.

Otra virtud de la tecnología, Wang dijo:es que utiliza tecnología existente ya en uso en las industrias de almacenamiento de datos y semiconductores y por eso, él agregó, "Se puede hacer a un precio relativamente bajo".

"Es el mismo sensor que está usando en una unidad de disco duro para leer un disco duro, ", dijo." Muy similar a eso ".

Uno de los próximos pasos en la investigación, Wang dijo:es probar los sensores magneto-nano en muestras de sangre humana tomadas de un estudio a largo plazo en el que los investigadores extrajeron muestras de sangre de los sujetos antes de que a cualquiera de ellos se le diagnosticara cáncer. Para tal fin, el equipo de Stanford colaborará con el Fred Hutchison Cancer Research Center en Seattle y la Canary Foundation, una organización sin fines de lucro que se enfoca en el diagnóstico temprano del cáncer.

"De hecho, podemos usar nuestra tecnología para estudiar todas estas muestras y es posible que podamos decir un año antes o medio año antes o tres meses antes del diagnóstico, "Dijo Wang." Ese trabajo será extremadamente interesante ".

Fuente:Universidad de Stanford (noticias:web)