Encontrar formas de diagnosticar el cáncer antes podría mejorar en gran medida las posibilidades de supervivencia de muchos pacientes. Una forma de hacer esto es buscar proteínas específicas secretadas por las células cancerosas, que circulan en el torrente sanguíneo. Sin embargo, la cantidad de estos biomarcadores es tan baja que su detección ha resultado difícil.

Una nueva tecnología desarrollada en el MIT puede ayudar a facilitar la detección de biomarcadores. Los investigadores, dirigido por Sangeeta Bhatia, han desarrollado nanopartículas que pueden albergar un tumor e interactuar con las proteínas del cáncer para producir miles de biomarcadores, que luego se puede detectar fácilmente en la orina del paciente.

Este sistema de amplificación de biomarcadores también podría usarse para monitorear la progresión de la enfermedad y rastrear cómo responden los tumores al tratamiento. dice Bhatia, el profesor John y Dorothy Wilson de Ciencias y Tecnología de la Salud e Ingeniería Eléctrica e Informática en el MIT.

"Hay una búsqueda desesperada de biomarcadores, para la detección temprana o el pronóstico de la enfermedad, o mirando cómo responde el cuerpo a la terapia, "dice Bhatia, quien también es miembro del Instituto David H. Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT. Agrega que la búsqueda ha sido complicada porque los estudios genómicos han revelado que muchos cánceres, como el cáncer de mama, son en realidad grupos de varias enfermedades con diferentes firmas genéticas.

El equipo del MIT, trabajando con investigadores del Beth Israel Deaconess Medical Center, describió la nueva tecnología en un documento que apareció en Biotecnología de la naturaleza el 16 de diciembre. El autor principal del artículo es Gabriel Kwong, un postdoctorado en el Instituto de Ingeniería y Ciencia Médica del MIT y el Instituto Koch.

Amplificando las señales del cáncer

Las células cancerosas producen muchas proteínas que no se encuentran en las células sanas. Sin embargo, estas proteínas a menudo están tan diluidas en el torrente sanguíneo que son casi imposibles de identificar. Un estudio reciente de investigadores de la Universidad de Stanford encontró que incluso utilizando los mejores biomarcadores existentes para el cáncer de ovario, y la mejor tecnología para detectarlos, un tumor de ovario no se encontraría hasta ocho a 10 años después de su formación.

"La célula está produciendo biomarcadores, pero tiene una capacidad de producción limitada, "Dice Bhatia." Fue entonces cuando tuvimos este momento 'ajá':¿Qué pasaría si pudieras entregar algo que pudiera amplificar esa señal? "

Casualmente, El laboratorio de Bhatia ya estaba trabajando en nanopartículas que podrían usarse para detectar biomarcadores de cáncer. Diseñado originalmente como agentes de imagen para tumores, las partículas interactúan con enzimas conocidas como proteasas, que escinden las proteínas en fragmentos más pequeños.

Las células cancerosas a menudo producen grandes cantidades de proteasas conocidas como MMP. Estas proteasas ayudan a las células cancerosas a escapar de sus ubicaciones originales y a diseminarse de manera incontrolable cortando las proteínas de la matriz extracelular. que normalmente mantiene las células en su lugar.

Los investigadores recubrieron sus nanopartículas con péptidos (fragmentos de proteína cortos) dirigidos por varias de las proteasas MMP. Las nanopartículas tratadas se acumulan en los sitios del tumor, abriéndose camino a través de los vasos sanguíneos con fugas que normalmente rodean a los tumores. Allí, las proteasas escinden cientos de péptidos de las nanopartículas, liberándolos en el torrente sanguíneo.

Los péptidos se acumulan rápidamente en los riñones y se excretan en la orina. donde se pueden detectar mediante espectrometría de masas.

Este nuevo sistema es un enfoque emocionante para superar el problema de la escasez de biomarcadores en el cuerpo, dice Sanjiv Gambhir, presidente del Departamento de Radiología de la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford. "En lugar de depender del cuerpo para eliminar los biomarcadores de forma natural, está muestreando el sitio de interés y provocando que se publiquen los biomarcadores que diseñó, "dice Gambhir, que no formaba parte del equipo de investigación.

Firmas distintivas

Para que las lecturas de los biomarcadores sean lo más precisas posible, los investigadores diseñaron sus partículas para expresar 10 péptidos diferentes, cada una de las cuales es escindida por una diferente de las docenas de proteasas MMP. Cada uno de estos péptidos tiene un tamaño diferente, permitiendo distinguirlos con espectrometría de masas. Esto debería permitir a los investigadores identificar firmas distintas asociadas con diferentes tipos de tumores.

En este estudio, los investigadores probaron la capacidad de sus nanopartículas para detectar las primeras etapas del cáncer colorrectal en ratones, y vigilar la progresión de la fibrosis hepática.

La fibrosis hepática es una acumulación de cicatrices en respuesta a una lesión hepática o una enfermedad hepática crónica. Los pacientes con esta afección deben ser controlados regularmente mediante biopsia, que es caro e invasivo, para asegurarse de que estén recibiendo el tratamiento adecuado. En ratones, los investigadores encontraron que las nanopartículas podrían ofrecer una retroalimentación mucho más rápida que las biopsias.

También encontraron que las nanopartículas podrían revelar con precisión la formación temprana de tumores colorrectales. En estudios en curso, el equipo está estudiando la capacidad de las partículas para medir la respuesta tumoral a la quimioterapia y para detectar metástasis.

La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud y el Fondo de Investigación del Cáncer Kathy and Curt Marble.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.