Células malignas que dejan un tumor primario. viajar por el torrente sanguíneo y crecer sin control en nuevos lugares causan la gran mayoría de las muertes por cáncer. La nueva nanotecnología desarrollada en la Universidad Case Western Reserve detecta estas metástasis en modelos de ratón de cáncer de mama mucho antes que los métodos actuales. un paso hacia antes, diagnóstico y tratamiento que salvan vidas.

Un equipo de científicos ingenieros y estudiantes de cinco disciplinas construyeron nanocadenas que se centran en las metástasis antes de que se conviertan en nuevos tejidos, y, mediante resonancia magnética, detectar sus ubicaciones.

Las imágenes de la ubicación precisa y la extensión de las metástasis podrían usarse para guiar la cirugía o la ablación, o la misma tecnología utilizada para encontrar el cáncer podría usarse para administrar medicamentos que matan el cáncer directamente a las células antes de que se forme un tumor, sugieren los investigadores.

El trabajo se describe en la edición en línea de esta semana de la revista American Chemical Society. ACS Nano .

"Las micrometástasis no se pueden ver a simple vista, pero tienes que detectarlos en esta etapa:ver los lugares exactos en los que se encuentran y verlos todos, "dijo Efstathios Karathanasis, profesor asistente de ingeniería biomédica y radiología, y autor principal. "Incluso si te pierdes solo uno, prolongas la supervivencia, pero una metástasis todavía puede matar ".

Karathanasis trabajó con el investigador asociado Pubudu M. Peiris, el estudiante de posgrado Randall Toy; estudiantes de pregrado Elizabeth Doolittle, Jenna Pansky, Aaron Abramowski, Morgan Tam, Peter Vicente, Emily Tran, Elliott Hayden y Andrew Camann; estudiante de medicina Zachary Berman, investigadora asociada senior Bernadette O. Erokwu, el profesor de ingeniería biomédica David Wilson, el profesor asociado de ingeniería química Harihara Baskaran; y, de la Facultad de Medicina de Case Western Reserve, el profesor asistente de radiología Chris A. Flask y la profesora asociada de farmacología y vicepresidenta del departamento Ruth A. Keri.

Las tecnologías de detección de tumores no logran descubrir las células cancerosas que se han arraigado en nuevas ubicaciones porque las metástasis jóvenes no se comportan de la misma manera que los tumores establecidos.

Después de que una célula de cáncer de mama ingresa al torrente sanguíneo, con mayor frecuencia se detiene en el hígado, bazo o pulmones y comienza a sobreexpresar moléculas de superficie llamadas integrinas. Las integrinas actúan como un pegamento entre la célula cancerosa y el revestimiento de un vaso sanguíneo que alimenta el órgano.

"Apuntamos a las integrinas, "Dijo Karathanasis." Las paredes normales de los vasos sanguíneos no presentan integrinas hacia el sitio de la sangre a menos que las células cancerosas se adhieran allí ".

Para centrarse en el marcador del cáncer, Los investigadores primero necesitaban construir un nanodispositivo que saliera del flujo central del torrente sanguíneo y llegara a las paredes de los vasos sanguíneos. La forma más común de nanopartículas es una esfera, pero una esfera tiende a ir con la corriente.

El equipo de Karathanasis diseñó nanopartículas para conectarse entre sí de forma muy parecida a una pila de Legos. Por su tamaño y forma, la cadena oblonga cae fuera de la corriente principal y bordea las paredes de la embarcación.

El exterior de la cadena tiene múltiples sitios diseñados para unirse con integrinas. Una vez que un sitio se engancha, otros se agarran. En comparación con las nanoesferas, La tasa de fijación de las cadenas en las pruebas de flujo fue casi 10 veces mayor.

Para permitir que un médico vea dónde se encuentran unas pocas células cancerosas en un mar de células sanas, los científicos incorporaron marcadores fluorescentes y, para hacer que las nanocadenas sean más visibles en la resonancia magnética, cuatro eslabones de óxido de hierro.

Próximo, El equipo probó las cadenas en un modelo de ratón de una forma agresiva de cáncer de mama que hace metástasis en sitios y órganos de la misma manera que lo hace en humanos.

De la investigación establecida, sabían que las metástasis estarían presentes cinco semanas después del modelado. Inyectaron nanocadenas en el torrente sanguíneo y, dentro de una hora, dos técnicas de imagen, la tomografía molecular de fluorescencia y la resonancia magnética, mostraron dónde las células cancerosas viajeras habían establecido puntos de apoyo, principalmente en el hígado, pulmones y bazo.

Las metástasis localizadas utilizando las nanocadenas oscilaron entre 0,2 y 2 milímetros de diámetro.

Las imágenes posteriores con gran aumento mostraron que estas células cancerosas metastásicas se encontraban principalmente en las paredes de los vasos sanguíneos. antes de que hubieran tenido tiempo de convertirse en tejido orgánico.

"Una vez que las células metastásicas se mueven hacia el tejido, desarrollar su propio microambiente, y crecer hasta convertirse en una lesión de 1 centímetro, Por lo general, indica una etapa tardía de la enfermedad metastásica que tiene un resultado desfavorable, "Dijo Karathanasis.

Según la Sociedad Estadounidense del Cáncer, la tasa de supervivencia a 5 años de las pacientes con cáncer de mama disminuye drásticamente del 98 por ciento en los casos que contraen la enfermedad cuando solo ha producido una lesión primaria localizada al 23 por ciento en los casos en los que han crecido metástasis grandes distantes.

Ahora que han demostrado que el concepto funciona, el equipo está incorporando radiólogos clínicos liderados por Vikas Gulani, profesor asistente de radiología. Su trabajo es ayudar con un nuevo estudio, calcular cuánto cáncer nuevo detecta y no detecta la tecnología.