Los cambios en las propiedades mecánicas de las células se encuentran entre los primeros signos del desarrollo de un cáncer. Hasta ahora, uno de los principales obstáculos para el uso de la mecánica en el diagnóstico del cáncer ha sido la falta de un procedimiento de medición estandarizado que garantice la reproducibilidad y confiabilidad de los resultados. Gracias a la cooperación científica europea en la que participa el Instituto de Física Nuclear de la Academia de Ciencias de Polonia en Cracovia, este obstáculo ya se ha superado.

Cuando las células sanas se transforman en células cancerosas, sus propiedades mecánicas cambian. Esta observación podría utilizarse para detectar rápidamente el cáncer en los pacientes, pero sólo si las mediciones mecánicas de las muestras tomadas fueran realmente fiables. Un paso importante hacia este objetivo es la propuesta para estandarizar las mediciones, que acaba de ser presentada en Nanoscale .

El artículo publicado es el resultado de varios años de colaboración entre científicos de las universidades europeas de Ámsterdam, Barcelona, ​​Bremen, Lille, Marsella, Milán, Münster y el Instituto de Física Nuclear de la Academia Polaca de Ciencias (FIP PAN) en Cracovia.

En 1999 se demostró en la FIP PAN que, en comparación con las células sanas, las células cancerosas se caracterizan por una mayor deformabilidad del citoesqueleto, lo que les facilita pasar a través de los vasos estrechos de la sangre y/o del sistema linfático y formar metástasis. Hoy en día sabemos que las células del cáncer de mama, intestino, vejiga o próstata se vuelven más blandas ya en las primeras etapas de la transformación del tumor, mientras que las células de otros, como las leucemias, se vuelven más rígidas.

Aunque el cambio en las propiedades mecánicas de las células también puede deberse a otros factores, como la inflamación, su presencia claramente hace inevitables exámenes adicionales y más precisos del paciente.

"Si tuviéramos a nuestra disposición un procedimiento de medición reproducible, con la ayuda de equipos de laboratorio adecuados, podríamos detectar rápidamente anomalías en las propiedades mecánicas de las células, lo que indica claramente la posibilidad de que se desarrollen cambios cancerosos en el cuerpo del paciente", afirma el profesor Malgorzata. Lekka (FIP PAN) y señala que el término "rápidamente" aquí tiene un doble significado.

"Por un lado, podemos intentar diagnosticar el cáncer en la fase inicial de su desarrollo, en la que otras pruebas normalmente todavía no muestran cambios celulares significativos. Por otro lado, la cuestión es que el procedimiento de medición en sí no es muy complicado. no requiere grandes cantidades de material biológico ni lleva mucho tiempo."

Los cambios en las propiedades biomecánicas de las células se pueden medir utilizando microscopios de fuerza atómica (AFM). Los dispositivos de este tipo se utilizan generalmente para obtener imágenes del micromundo, incluso a escalas que permiten la detección de átomos individuales. Lo importante aquí es que en los AFM se puede aplicar una fuerza exactamente definida sobre el sustrato bajo investigación mediante sus sondas.

Si el sustrato es una célula, su respuesta mecánica permite determinar el coeficiente de elasticidad (módulo de Young) y, a partir de ello, sacar conclusiones sobre la elasticidad no sólo de las estructuras situadas en la membrana celular sino también en las proximidades de la célula. núcleo.

Los microscopios de fuerza atómica no se encuentran entre los instrumentos de laboratorio más caros, pero no se puede decir que sean baratos. Afortunadamente, existen versiones más sencillas:dispositivos llamados indentadores, que carecen de función de obtención de imágenes, pero son totalmente suficientes para estudiar las propiedades mecánicas de las células.

"Por lo tanto, el principal factor que limita el desarrollo de nuestro método para el diagnóstico del cáncer hasta la fecha no ha sido el coste del equipo, sino la falta de un procedimiento de medición adecuado. Para decirlo sin rodeos, los resultados obtenidos en diferentes laboratorios, en aparatos de diferentes Los fabricantes, en muestras preparadas de forma diferente, no eran lo suficientemente reproducibles como para ser utilizados como base para decisiones responsables sobre la dirección de futuras acciones médicas", explica el profesor Lekka.

En su último artículo, el grupo internacional de investigadores demuestra que siguiendo un procedimiento cuidadosamente desarrollado, siempre se obtendrá el mismo valor del módulo de Young para las mismas células, independientemente de dónde se realice la medición o del fabricante del aparato utilizado.

El protocolo incluye, entre otras cosas, la preparación de muestras, la calibración del aparato de medición y cómo analizar los resultados. Para aumentar la fiabilidad de las mediciones, era fundamental tener en cuenta la influencia del sustrato rígido sobre el que se depositaban las células tumorales.

Los cambios en las propiedades mecánicas de las células se producen antes que los cambios ópticos en el cáncer, por lo que el método propuesto permitirá detectar la enfermedad con mayor antelación que antes. El valor de este avance probablemente variará entre los diferentes tipos de cáncer, pero esto sólo será determinado por estudios futuros. Sin embargo, ya se sabe con certeza que el nuevo método de diagnóstico es más sensible que las técnicas ópticas utilizadas actualmente en el diagnóstico del cáncer.

El uso de procedimientos de medición estandarizados, junto con el registro y análisis automático de datos, permitirá realizar la prueba en un tiempo más corto. En lugar de esperar varias semanas para obtener el resultado, el paciente podrá recibirlo al cabo de unos días.

En un futuro próximo, los investigadores pretenden centrarse en reducir aún más el número de diagnósticos falsos positivos y probar el procedimiento en estudios de entidades patológicas seleccionadas. Antes de que la técnica de detección mecánica de lesiones cancerosas llegue a los hospitales, aún será necesaria una fase de ensayo clínico, que se realizará en colaboración con las unidades médicas interesadas.

Más información: Sandra Pérez-Domínguez et al, Mediciones confiables y estandarizadas para las propiedades mecánicas de las células, Nanoescala (2023). DOI:10.1039/D3NR02034G

Información de la revista: Nanoescala

Proporcionado por el Instituto Henryk Niewodniczanski de Física Nuclear Academia Polaca de Ciencias