En la investigación del cáncer, todo se reduce a una sola célula. Durante la última década, los investigadores del cáncer se han centrado en el hecho de que una célula individual de un tumor se puede utilizar para realizar análisis moleculares que revelan pistas importantes sobre cómo se desarrolló el cáncer, cómo se propaga y cómo se puede atacar.
Con esto en mente, un equipo de investigadores de la Universidad de Brown ha desarrollado una forma avanzada de aislar células individuales de tejidos complejos. En un estudio publicado en Scientific Reports, muestran cómo el enfoque no solo da como resultado células individuales intactas de alta calidad, sino que también es superior a los métodos de aislamiento estándar en términos de mano de obra, costo y eficiencia.
En el estudio del cáncer, «existe una gran necesidad de una tecnología que permita la extracción de tejido del paciente y, en cuestión de minutos, dé como resultado células individuales sanas y viables a partir de las cuales se pueda aislar el ARN«
El desafío era desarrollar una tecnología que permitiera a los investigadores aislar más rápida y fácilmente las células del tejido canceroso de la biopsia para prepararlas para el análisis, según Anubhav Tripathi, autor del estudio y director de ingeniería biomédica en Brown.
«Desde el punto de vista de la tecnología, no hay nada como esto disponible en el mercado en este momento«, indica Tripathi. «Esta tecnología será útil para aquellos que buscan respuestas utilizando genómica, proteómica, transcriptómica; no solo facilitará las investigaciones diagnósticas y terapéuticas, sino que también ahorrará tiempo y esfuerzo a los investigadores«.
Tripathi agrega que más allá de las aplicaciones clínicas, la tecnología será útil en aplicaciones biomédicas, como la ingeniería de tejidos y el cultivo celular.
Tecnología especialmente aplicable a tejidos cancerosos
En el análisis unicelular, se utilizan técnicas de secuenciación avanzadas para obtener perfiles genéticos de células individuales. Esto es particularmente aplicable a los tejidos cancerosos, donde las mutaciones raras pueden impulsar la metástasis y los resultados de la respuesta al tratamiento. Una limitación importante de la traducción clínica del análisis de células individuales es la dificultad de aislar células individuales de tejidos complejos, comenta el coautor Nikos Tapinos, profesor asociado de neurocirugía y neurociencia en Brown.
Tapinos describió un flujo de trabajo típico utilizando el ejemplo de un tumor cerebral: una parte del tumor se extirparía en una sala de operaciones y se llevaría a un laboratorio. Allí, los investigadores usarían un proceso que involucra enzimas para extraer ácidos nucleicos de muestras de tejido a granel y luego realizarían la secuenciación genética en masa.
Rapidez y eficiencia a menor coste
Este proceso da como resultado lecturas genéticas de baja resolución y potencialmente inexactas y una detección deficiente de tipos de células raras, según Tapinos. Las consecuencias de la pérdida de esta información pueden ser profundas, señala, incluida la posibilidad de un diagnóstico erróneo del paciente, creando un retraso sustancial entre el momento en que se extirpa el tumor del paciente y las células están listas para la secuenciación del ARN.
«Existe una gran necesidad de una tecnología que permita la extracción de tejido del paciente y, en cuestión de minutos, dé como resultado células individuales sanas y viables a partir de las cuales se pueda aislar el ARN«, afirma Tapinos. «Eso es exactamente lo que hace este nuevo proceso«.
Las ventajas de la electricidad sobre las enzimas
En el nuevo proceso, se coloca una biopsia de tejido en un recipiente lleno de líquido entre dos electrodos de placas paralelas. En lugar de enzimas, se aplican fluctuaciones de campo eléctrico para crear fuerzas opuestas dentro del líquido. Estas fuerzas hacen que las células del tejido se muevan en una dirección y luego en la dirección opuesta, lo que las lleva a separarse o disociarse limpiamente unas de otras.
Este enfoque fue inventado por el autor del estudio Cel Welch, un doctorado en Brown de cuarto año, candidato en ingeniería biomédica en el laboratorio de Tripathi.
«El Dr. Tripathi ha trabajado mucho en su laboratorio usando campos eléctricos y microfluidos«, comenta Welch. «Después de ver cómo los campos eléctricos podrían usarse en otras aplicaciones de diagnóstico, tuvimos la idea de hacer algo único con el campo eléctrico que nunca se había hecho antes. Basándonos en el cuerpo de investigación existente sobre la manipulación de partículas biológicas, formulamos una hipótesis sobre cómo funcionaría esto«.
Resultado de la biopsia en 5 minutos: un 300% más eficaz
El nuevo proceso dio como resultado la disociación del tejido de la biopsia en tan solo 5 minutos, tres veces más rápido que las principales técnicas enzimáticas y mecánicas descritas por Tripathi y Welch en un estudio anterior.
El enfoque también dio como resultado «una buena disociación de los tejidos en células individuales al tiempo que preservaba la viabilidad celular, la morfología y la progresión del ciclo celular, lo que sugiere utilidad para la preparación de muestras de tejidos para el análisis directo de células individuales«, concluye el estudio.
Según los investigadores, el nuevo enfoque es, como mínimo, un 300% más eficaz para realizar biopsias de cáncer que incluso las técnicas más optimizadas que utilizan disociación química y mecánica simultánea.
Sólo es necesario un único dispositivo
Otra ventaja del proceso, según Welch, es lo compacto del dispositivo que crearon: «En el flujo de trabajo tradicional, es necesario utilizar varios instrumentos de laboratorio diferentes, como un instrumento de centrifugación, que cuestan varios miles de dólares cada uno. Este enfoque para la preparación de muestras de una sola célula requiere un solo dispositivo«.
El equipo de investigación ha solicitado una patente mundial y estadounidense para el dispositivo y la metodología asociada, con la asistencia de Brown Technology Innovations, la oficina de tecnología de la universidad.
«Un investigador podrá simplemente presionar un botón y, en minutos, tener las células individuales que necesita para el análisis«
Las muestras utilizadas en el estudio fueron tejidos de hígado bovino, células de cáncer de mama triple negativo y tejidos de glioblastoma clínico humano. El equipo de investigación ahora está refinando la tecnología y desarrollando un dispositivo que podrá procesar rápida y efectivamente múltiples tipos diferentes de muestras de biopsia de tejido a pequeña escala a la vez, a un costo muy bajo.
El nuevo estudio explicó la base científica del proceso, según indica Welch. «Ahora estamos trabajando en un dispositivo novedoso que está específicamente orientado a crear este sistema altamente optimizado para usar este fenómeno físico«.
«Un investigador podrá simplemente presionar un botón y, en minutos, tener las células individuales que necesita para el análisis«, concluye Tapinos. «Es realmente increíble.»
Fuente: Scientific Reports.
