Un mejor diagnóstico y tratamiento del cáncer podría depender de la capacidad de entender mejor a las células cancerígenas individualmente, y a niveles moleculares. Partiendo de esto, una nueva investigación ofrece una forma más completa de analizar el comportamiento único de una célula, utilizando una gran variedad de colores para mostrar patrones que podrían indicar por qué una célula va o no a ser cancerígena.
Un equipo de la Universidad de Washington ha desarrollado un nuevo método para la codificación de color en las células, lo cual permite la iluminación de 100 biomarcadores, un aumento de diez veces en el estándar de las investigaciones actuales, esto para ayudar a analizar las células individuales a partir de cultivos o biopsias de tejido.
"El descubrimiento de este proceso es un avance sin precedentes en el campo", dijo el autor correspondiente Xiaohu Gao, profesor de bioingeniería asociado de la Universidad de Washington. "Esta tecnología abre oportunidades interesantes para el análisis de una sola célula y el diagnóstico clínico."
La investigación se basa en los métodos actuales que usan una variedad más pequeña de colores para señalar los biomarcadores de una célula - características que indican una especial, y potencialmente anormal o enferma, célula. Idealmente, los científicos serían capaces de probar con un gran número de biomarcadores, y posteriormente, relacionar los patrones que emergen de esas pruebas para comprender las propiedades de una célula.
El equipo de investigación de la Universidad de Washington ha creado un proceso cíclico que permite a los científicos realizar pruebas para determinar cerca de 100 biomarcadores en una sola célula. Antes, los investigadores sólo podrían haber determinado 10 biomarcadores a la vez.
El análisis utiliza puntos cuánticos, que son esferas
fluorescentes de material semiconductor. Los puntos cuánticos son la versión más pequeña de la materia que se encuentra en muchos productos electrónicos, incluyendo teléfonos inteligentes y las radios. Estos puntos cuánticos son de entre 2 y 6 nanómetros de diámetro, y varían en el color que emiten dependiendo de su tamaño.
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| Esta figura muestra el proceso cíclico desarrollado en el estudio. En el primer paso, las esferas de colores que representan los puntos cuánticos de distintos colores, se utilizan para etiquetar biomarcadores en muestras de células y tejidos. Paso dos, muestra cómo cada biomarcador puede ser aislado y separado en imágenes distintas para el análisis. El tercer paso se muestra cómo se lava la muestra de tejido limpio entre rondas, para comenzar las pruebas de biomarcadores de nuevo. Crédito: Xiaohu Gao, de la Universidad de Washington. |
Las pruebas cíclicas no se han realizado antes, aunque ya existen muchas publicaciones sobre puntos cuánticos que han tratado de ampliar el número de biomarcadores analizados en una sola célula. Este método vuelve a utilizar esencialmente la misma muestra de tejido, las pruebas de biomarcadores en grupos de 10 en cada ronda.
"Las proteínas son los bloques de construcción para la función y el comportamiento celular, pero su distribución en una célula es muy compleja", dijo Gao. "Tienes que mirar a una serie de indicadores (biomarcadores) para saber qué es lo que está pasando."
El nuevo proceso es el siguiente: Gao y su equipo adquieren anticuerpos, ya que se sabe que éstos se unen con los biomarcadores específicos que quieren poner a prueba en una célula. Ellos emparejan los puntos cuánticos con los anticuerpos en una solución acuosa, inyectándolo en una muestra de tejido. A continuación, utilizan un microscopio para buscar la presencia de colores fluorescentes en la célula. Si ven determinados colores de puntos cuánticos en la muestra de tejido, pueden saber que el biomarcador correspondiente está presente en la célula observada.
Después de completar un ciclo, Gao y el coautor, Pavel Zrazhevskiy, estudiante doctoral de la UW en bioingeniería, inyectan un líquido de bajo pH en el tejido celular que neutraliza la fluorescencia de color, básicamente limpian la muestra limpia para la siguiente ronda. Sorprendentemente, la muestra de tejido no se degrada en absoluto, incluso después de 10 de estos ciclos, dijo Gao.
Para la investigación y tratamiento del cáncer, en particular, es importante ser capaz de mirar hacia una sola célula en alta resolución para examinar sus detalles. Por ejemplo, si el 99% de las células cancerígenas en el cuerpo humano responde a un tratamiento farmacológico, pero un 1% no lo hace, es importante analizar y comprender la composición molecular de ese 1% que responde de manera diferente.
"Cuando se trata con fármacos prometedores, todavía hay algunas células que usualmente no responden al tratamiento", dijo Gao. "Ellas tienen el mismo aspecto, pero tú no tienes una herramienta para buscar en sus bloques de construcción de proteínas. Esto realmente nos ayudará a desarrollar nuevos medicamentos y métodos de tratamiento."
El proceso es relativamente simple y de bajo costo, y Gao espera que el procedimiento se pueda automatizar. El prevé una cámara para contener la muestra de tejido, y bombas de alambre fino para inyectar y suprimir fluido entre ciclos. Un microscopio debajo de la cámara, tomará fotos durante cada etapa. Todas las imágenes podría ser cuantificada en un ordenador, donde los científicos y los médicos podrían considerar la intensidad y prevalencia de colores.
Gao espera colaborar con las empresas y otros investigadores para avanzar hacia un proceso automatizado y uso clínico. "La tecnología está lista", dijo Gao. "Ahora que se ha desarrollado, estamos listos para los impactos clínicos, sobre todo en los campos de la biología de sistemas, la oncología y patología. "
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| Esta es una muestra de las células utilizadas para dos rondas de pruebas. En el panel superior, dos biomarcadores están manchadas de verde y rojo, y en la parte inferior, después de que la muestra ha sido regenerada, los mismos marcadores biológicos se tiñen de color rojo y verde. Esto demuestra que el mismo tejido puede ser utilizado para múltiples rondas de pruebas sin degradar la muestra de tejido. Crédito: Xiaohu Gao, de la Universidad de Washington. |
Fuente: (2014).Tenfold boost in ability to pinpoint proteins in cancer cells. Phys.org. Recuperado de http://phys.org/news/2013-03-tenfold-boost-ability-proteins-cancer.html
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