Investigadores del SUTD han desarrollado un sistema avanzado de detección de células de cáncer de mama con velocidad y sensibilidad mejoradas, utilizando un mecanismo viral para mejorar la precisión de detección de la herramienta.

En la lucha global contra el cáncer de mama, el poder de las herramientas de diagnóstico puede marcar la diferencia entre la vida y la muerte. Las tasas de supervivencia de la enfermedad mejoran enormemente cuando el cáncer se detecta tempranamente, mientras que la detección posterior al tratamiento es fundamental para verificar la eficacia del tratamiento.

Los biomarcadores son importantes en el arsenal de la investigación del cáncer, ya que facilitan la detección temprana y pueden ayudar a indicar células malignas después del tratamiento para determinar si queda algún rastro de cáncer. Por lo tanto, lograr una sensibilidad aguda es crucial. Sin embargo, la cantidad relativa de células cancerosas en los casos en etapa temprana o después del tratamiento suele ser minúscula, lo que dificulta su detección.

El profesor asociado Desmond Loke de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD) propuso una nueva solución a este problema en un artículo reciente, "Procesos de complementariedad de formas para sensores de células cancerosas MCF-7 con tecnología M13-PEG-WS2 sensibles a ráfagas ultracortas, " publicado en Nanoescala .

"La mayoría de los pacientes no presentan síntomas en las primeras etapas, y las técnicas de diagnóstico existentes, que pueden ser inexactas, costosas y largas, implican pruebas de imagen", explicó Loke, investigador principal del proyecto. "El objetivo de la investigación era crear una plataforma que pueda identificar y tratar el cáncer de mama en pacientes antes de que presenten síntomas graves".

Para desarrollar un sistema de detección de células con la mayor sensibilidad posible, Loke dirigió un equipo de investigación, compuesto por compañeros de trabajo de SUTD y colaboradores de University College London y A*STAR, que utilizó herramientas a la escala más pequeña imaginable y trabajó con nanomateriales. La tecnología actual para la detección de células cancerosas es un sensor biomolecular digital (DBS).

El mecanismo funciona de la siguiente manera:un elemento de reconocimiento químico identifica estas moléculas y convierte su interacción en una señal digital que puede medirse y analizarse fácilmente. Esta tecnología es similar a una herramienta de detección altamente especializada a nivel molecular, con la capacidad de identificar objetivos biológicos específicos, como proteínas de células cancerosas, y traducir esa información en señales eléctricas que los investigadores pueden utilizar para diagnóstico o seguimiento.

Este sistema, sin embargo, no es particularmente útil para poblaciones con recuentos celulares bajos. El equipo de investigación planteó la hipótesis de un sistema recientemente diseñado que produciría una mayor sensibilidad con la mejora de un nanomaterial altamente conductor con una hebra de fago viral que interactúa con células cancerosas específicas.

Para mejorar el sistema se requirió un nuevo nanomaterial 2D con suficiente conductividad eléctrica para interactuar fuertemente con los tipos de células cancerosas. Los investigadores se decidieron por el disulfuro de tungsteno por su alta conductividad y su uso en fototransistores y terapia fototérmica. Equiparon láminas de disulfuro de tungsteno con un polímero combinado con fagos que actuó como elemento de reconocimiento de los tipos de células de cáncer de mama que se estaban probando. La integración del agente viral, o polímero combinado con fagos, en el nanomaterial creó un nuevo sistema llamado DBS basado en fagos (P-DBS).

"Para la tecnología P-DBS, cuando se añade un virus a la muestra de células de cáncer de mama, las proteínas del virus pueden mostrar una alta especificidad para ensamblarse en células de cáncer de mama. Sin embargo, es posible que la proteína del virus muestre una especificidad que es lo suficientemente alto como para ensamblar una cantidad muy pequeña de células en células de cáncer de mama, lo que da como resultado una precisión de detección ultraalta", afirmó Loke.

Para este proyecto se estudiaron células de cáncer de mama porque las proteínas virales se ensamblan fácilmente en su superficie, lo que permite un enlace más fluido entre la plataforma del biosensor P-DBS y las células de muestra. Según Loke, este efecto de complementariedad de formas permite "un muestreo ultrapreciso, que es esencial para la detección temprana del cáncer y el seguimiento de la progresión de la enfermedad".

Se deben cumplir cuatro criterios para considerar que un biosensor es altamente eficaz en un contexto clínico. El biosensor debe (1) ser altamente sensible a la presencia de proteínas de células cancerosas, (2) producir un marcado contraste en las señales de salida, (3) garantizar una alta viabilidad celular y (4) producir resultados dentro del corto tiempo de lectura común en aplicaciones clínicas. .

P-DBS marcó todas las casillas, con una sensibilidad razonable. La nueva técnica fue capaz de identificar la presencia de células cancerosas en muestras que eran aproximadamente un 74% más pequeñas que los tamaños típicos de grupos de células de otros sensores eléctricos de células cancerosas. El P-DBS también superó a otros sensores oncológicos eléctricos en términos de contraste de señal en un 58 %.

Estos impresionantes resultados se pueden atribuir a la especificidad de la proteína viral, que los investigadores demostraron que se ensamblaría incluso en el número más pequeño de células de cáncer de mama y, por lo tanto, indicaría la presencia de cáncer incluso en sus primeras etapas.

"La creación de la plataforma de sensores de materiales 2D impulsados ​​por virus podría representar un avance significativo en la batalla contra el cáncer de mama. Si los hallazgos se confirman en futuros estudios clínicos, este sensor podría convertirse en una herramienta valiosa y precisa para identificar el cáncer de mama en sus primeras etapas. ", añadió Loke.

A través de más investigaciones, espera confirmar que el sistema P-DBS es ampliamente aplicable en diferentes tipos de células de cáncer de mama. La innovadora plataforma de biosensores podría ser importante para el diagnóstico y seguimiento temprano del cáncer, lo que demuestra una vía prometedora en el ámbito de los sensores biomoleculares a nanoescala.

Más información: Maria P. Meivita et al, Procesos de complementariedad de formas para sensores de células cancerosas MCF-7 sensibles a ráfagas ultracortas impulsados ​​por M13-PEG-WS2, Nanoescala (2023). DOI:10.1039/D3NR03573E

Información de la revista: Nanoescala

Proporcionado por la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur