Ahora se sabe que un producto a nanoescala de células humanas que alguna vez se consideró basura, juega un papel importante en la comunicación intercelular y en muchos procesos patológicos. incluida la metástasis del cáncer. Los investigadores de Penn State han desarrollado nanosensas para aislar rápidamente estos marcadores raros, llamadas vesículas extracelulares (VE), para el desarrollo potencial de diagnósticos de cáncer de precisión y tratamientos personalizados contra el cáncer.

"La mayoría de las células generan y secretan vesículas extracelulares, "dice Siyang Zheng, profesor asociado de ingeniería biomédica e ingeniería eléctrica. "Pero son difíciles de estudiar para nosotros. Son partículas submicrométricas, entonces realmente necesitamos un microscopio electrónico para verlos. Hay muchos desafíos técnicos en el aislamiento de vehículos eléctricos a nanoescala que estamos tratando de superar para el diagnóstico de cáncer en el lugar de atención ".

De una sola vez, Los investigadores creían que los vehículos eléctricos eran poco más que bolsas de basura arrojadas por las células. Más recientemente, han llegado a comprender que estos pequeños sacos de grasa (lípidos) contienen ADN de doble hebra, ARN y proteínas que se encargan de comunicarse entre las células y pueden portar marcadores para sus células de origen. incluidas las células tumorales. En el caso del cáncer, al menos una función de los vehículos eléctricos es preparar tejido distante para la metástasis.

El desafío inicial del equipo fue desarrollar un método para aislar y purificar vehículos eléctricos en muestras de sangre que contienen muchos otros componentes. El uso de biopsia líquida, o análisis de sangre, para el diagnóstico de cáncer es un desarrollo reciente que ofrece beneficios sobre la biopsia tradicional, que requiere la extirpación de un tumor o la inserción de una aguja en un tumor para extraer células cancerosas. Para el cáncer de pulmón o de cerebro, tales técnicas invasivas son difíciles, caro y puede ser doloroso.

"Las técnicas no invasivas como la biopsia líquida son preferibles no solo para la detección y el descubrimiento, sino también para controlar el tratamiento, "dice Chandra Belani, profesor de medicina y subdirector del Instituto del Cáncer, Facultad de Medicina de Penn State, y colaborador clínico en el estudio.

"Inventamos un sistema de dos materiales micro / nano, "Dice Zheng." Una es una sonda marcadora con dos colas lipídicas que se insertan espontáneamente en la superficie lipídica de la vesícula extracelular. En el otro extremo de la sonda tenemos una molécula de biotina que será reconocida por una molécula de avidina que hemos unido a una cuenta magnética ".

Las perlas magnéticas modificadas en la superficie tienen un diámetro de 400 a 500 nanómetros y las sondas de marcado son del orden de 10 nanómetros. Cuando el sistema está optimizado, los investigadores pueden aislar los vehículos eléctricos de las muestras de plasma sanguíneo en unos 15 minutos. Los vehículos eléctricos y su contenido pueden luego analizarse en un laboratorio o enviarse a un laboratorio de diagnóstico comercial para caracterizar el ADN. ARN y proteínas.

En un artículo publicado en línea hoy, 10 de abril, y como artículo de portada de abril en Ingeniería Biomédica de la Naturaleza , autor principal Yuan Wan, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Zheng, describe el uso de nanosensas para capturar vehículos eléctricos del plasma sanguíneo de 19 pacientes con cáncer de pulmón de células no pequeñas.

"Ayudado con este nuevo enfoque, aislamos con éxito los vehículos eléctricos de 19 pacientes con cáncer de pulmón avanzado e identificamos mutaciones en el ADN que pueden guiar la terapia de precisión en lugar de la quimioterapia de rutina, ", Dice Wan." Desde la recolección de sangre hasta la obtención de ADN derivado de EV, todo el procedimiento se puede completar en una hora. Solo requiere un imán y una centrífuga de sobremesa común. En comparación con los métodos predominantes, el sistema de nanononda facilitaría enormemente el examen de laboratorio clínico ".

Debido a que la tecnología solo requiere materiales y un imán externo, es relativamente económico y rápido en comparación con el estándar de oro actual de separación, llamado ultracentrifugación, que requiere equipos costosos y tarda horas en completarse.

Una vez validado en un estudio más amplio, Zheng y Belani creen que esta técnica se puede aplicar no solo al cáncer de pulmón sino también a la mayoría, si no a todos, los tumores sólidos. que son responsables del 80-90 por ciento de las muertes por cáncer.

"La secuenciación del ADN aislado de los vehículos eléctricos servirá como una herramienta prometedora para rastrear la evolución del cáncer y monitorear la dinámica del tumor con el objetivo final de mejorar la supervivencia del cáncer, "Concluye Belani.