Una prueba de orina simple y sensible desarrollada por los ingenieros de Imperial y MIT ha producido un cambio de color en la orina para señalar el crecimiento de tumores en ratones.

Las herramientas que detectan el cáncer en sus primeras etapas pueden aumentar la supervivencia y la calidad de vida del paciente. Sin embargo, Los enfoques de detección del cáncer a menudo requieren equipos costosos y viajes a la clínica. lo que puede no ser factible en áreas rurales o en desarrollo con poca infraestructura médica.

Por lo tanto, el campo emergente de los diagnósticos en el lugar de atención está trabajando en más rápido, y pruebas más fáciles de usar. Un par internacional de laboratorios de ingeniería están defendiendo este enfoque y han desarrollado una herramienta que cambia el color de la orina del ratón cuando el cáncer de colon, también conocido como cáncer de intestino, está presente.

Los hallazgos se publican en Nanotecnología de la naturaleza .

La tecnología de etapa inicial, desarrollado por equipos dirigidos por la profesora Molly Stevens de Imperial y la profesora Sangeeta Bhatia del MIT, funciona inyectando nanosensores en ratones, que se cortan por enzimas liberadas por tumores conocidos como proteasas.

Cuando los nanosensores son descompuestos por proteasas, pasan por el riñón, y se puede ver a simple vista tras un análisis de orina que produce un cambio de color azul.

Los investigadores aplicaron esta tecnología a ratones con cáncer de colon, y descubrió que la orina de ratones portadores de tumores se vuelve azul brillante, en relación con las muestras de prueba tomadas de ratones sanos.

Profesor Stevens, de los Departamentos de Materiales y Bioingeniería de Imperial, dijo:"Aprovechando esta reacción química que produce un cambio de color, esta prueba se puede administrar sin la necesidad de instrumentos de laboratorio costosos y difíciles de usar.

"La lectura simple podría potencialmente ser capturada por una imagen de teléfono inteligente y transmitida a cuidadores remotos para conectar a los pacientes con el tratamiento".

Señales de detección

Cuando los tumores crecen y se diseminan, a menudo producen señales biológicas conocidas como biomarcadores que los médicos utilizan para detectar y rastrear enfermedades.

Una familia de enzimas tumorales conocidas como metaloproteinasas de matriz (MMP) ayudan a promover el crecimiento y la diseminación de los tumores al "masticar" los armazones de tejido que normalmente mantienen las células en su lugar.

Muchos tipos de cáncer incluidos los tumores de colon, producir altos niveles de varias enzimas MMP, incluido uno llamado MMP9.

En este estudio, El equipo de Imperial-MIT desarrolló nanosensores en los que se conectaron nanoclusters de oro ultrapequeños (AuNC) a una proteína transportadora llamada neutravidina. a través de enlazadores que están rotos por MMP9

Para desarrollar la prueba de orina que cambia de color, los investigadores utilizaron dos propiedades AuNC:sus muy pequeñas ( <2 nanómetros) tamaño, y su capacidad para provocar un cambio de color azul cuando se trata con un sustrato químico y peróxido de hidrógeno.

Los investigadores diseñaron los complejos AuNC-proteína para que se desmontaran después de ser cortados por MMP en el entorno del tumor o en la sangre. Cuando se rompe las AuNC liberadas viajan a través de la sangre a los riñones, donde son lo suficientemente pequeños como para filtrarse a través y en la orina.

En ratones sanos sin niveles altos de MMP, los complejos permanecen intactos, y son demasiado grandes para pasar a la orina. Si las AuNC se han concentrado en la orina, una prueba química producirá un cambio de color azul que es visible a simple vista.

Para este estudio, Los investigadores desarrollaron sensores que son separados por MMP particulares y los probaron en ratones. Los investigadores demostraron que su prueba de cambio de color podía detectar con precisión qué muestras de orina provenían de ratones con tumores de colon en un estudio de 28 ratones inyectados con los sensores. donde 14 ratones estaban sanos y 14 tenían tumores de colon.

Media hora después del tratamiento químico, sólo la orina de ratones con tumores de colon tenía un color azul intenso. Por el contrario, la orina de los ratones de control sanos no mostró cambios de color.

El equipo también diseñó las superficies de AuNC para que el sistema inmunológico no las viera y así evitar reacciones inmunes o efectos secundarios tóxicos. y para evitar que se adhieran abundantes proteínas séricas, lo que haría que los nanosensores fueran demasiado grandes para ser filtrados por los riñones.

Durante un seguimiento de cuatro semanas después de la administración de nanosensores, los ratones no mostraron signos de efectos secundarios, y no hubo evidencia de que el complejo proteína-sensor o las AuNC libres permanecieran en los cuerpos de los ratones.

Co-primera autora Dra. Colleen Loynachan, del Departamento de Materiales de Imperial, dijo:"Las AuNC son similares a los materiales que ya se utilizan en la clínica para la obtención de imágenes de tumores, pero aquí estamos aprovechando sus propiedades únicas para brindarnos información adicional sobre la enfermedad. Sin embargo, todavía se necesita mucha optimización y pruebas antes de que la tecnología pueda ir más allá del laboratorio ".

Diagnósticos accesibles

Próximo, el equipo trabajará para aumentar la especificidad y sensibilidad de los sensores probándolos en más modelos animales para investigar la precisión y seguridad del diagnóstico.

La co-primera autora Ava Soleimany, del MIT, dijo:"Las proteasas juegan un papel funcional en una serie de enfermedades como el cáncer y las enfermedades infecciosas. Al diseñar versiones de nuestros sensores que pueden ser cortados por diferentes proteasas, podríamos aplicar esta prueba basada en colores para detectar una diversidad de condiciones ".

Los investigadores ahora están trabajando en una formulación que es más fácil de administrar, e identificar formas de hacer que los sensores respondan a múltiples biomarcadores para distinguir entre cánceres y otras enfermedades.