Un dispositivo celular impreso en 3D permite detectar células cancerosas en una muestra de sangre
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Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia (EEUU) han desarrollado un dispositivo de células impresas en 3D que permite capturar las células sanguíneas para aislar, filtrar y detectar células cancerosas entre el torrente sanguíneo a través de una muestra de sangre.
El trabajo, publicado en la revista 'Lab on a Chip', podría avanzar en el objetivo del tratamiento personalizado del cáncer al permitir la separación rápida y de bajo costo de las células tumorales que circulan en el torrente sanguíneo.
El objetivo de esta 'trampa celular' es atrapar los glóbulos blancos, que son aproximadamente del tamaño de las células cancerosas, y filtrar los glóbulos rojos más pequeños, dejando a la luz las células tumorales; lo cual podría usarse para diagnosticar la enfermedad, proporcionar una advertencia temprana de recurrencia y permitir la investigación sobre el cáncer en proceso de metástasis.
"Aislar las células tumorales circulantes de las muestras de sangre completa ha sido un desafío, porque estamos buscando un puñado de células cancerosas mezcladas con miles de millones de glóbulos rojos y blancos normales", ha asegurado el profesor asistente en la Escuela de Electricidad de Georgia Tech e Ingeniería Informática (ECE), A. Fatih Sarioglu.
El investigador ha explicado que con este dispositivo, se puede procesar un volumen de sangre "clínicamente relevante" capturando casi todos los glóbulos blancos y luego filtrando los glóbulos rojos por tamaño. "Eso nos deja con células tumorales no dañadas que pueden secuenciarse para determinar cada tipo de cáncer específico y las características únicas del tumor de cada paciente", ha completado.
Una identificación difícil
Otros intentos de capturar células tumorales circulantes han intentado extraerlas de la sangre utilizando tecnología microfluídica que reconoce marcadores de superficie específicos en las células cancerosas. Pero debido a que el cáncer puede cambiar con el tiempo, las células malignas no pueden reconocerse con certeza. E incluso si pueden capturarse, las células tumorales deben eliminarse de los canales tortuosos del dispositivo y separarse del antígeno sin causar daño.
Sarioglu y sus colaboradores, incluido el estudiante graduado de ECE y primer autor Chia-Heng Chu, decidieron adoptar un enfoque diferente, construyendo trampas impresas en 3D con antígenos para capturar los glóbulos blancos en una muestra. Las 'trampas' impresas en 3D permitieron a los investigadores expandir en gran medida el área de la superficie para capturar los glóbulos blancos a medida que pasan en las muestras de sangre.
Los canales de fluidos en zigzag, algunos de hasta medio metro de largo, aumentan la probabilidad de que cada glóbulo blanco entre en contacto con una pared del canal. "Los dispositivos microfluídicos habituales tienen una sola capa con alturas de canal de 50 a 100 micras. Son gruesos, pero la mayoría son de plástico vacío. El uso de la impresión 3D nos libera del canal único y nos permite crear muchos canales en tres dimensiones que utilizan mejor el espacio", ha asegurado Sarioglu.
Un dispositivo sofisticado
Si bien la impresión 3D permitió un aumento en la densidad del canal, eso conllevó un desafío significativo: los dispositivos microfluídicos anteriores podrían diseñarse con canales grabados para transportar la sangre, pero con los procesos de impresión 3D que se fabrican capa por capa, los canales tenían que llenarse con cera para permitir que se construyeran más canales sobre ellos. La estructura tortuosa del canal, diseñada para maximizar la interacción de la pared celular, hizo prácticamente imposible sacar la cera después de la fabricación.
La solución fue diseñar trampas de células que encajen en centrifugadoras estándar diseñadas para hilar muestras para separación. Las trampas se calentaron en la centrífuga y luego se hicieron girar para permitir que la cera fundida se escapase. Después de eliminar la cera líquida, los canales recibieron el recubrimiento de antígeno.
Después de extraerse los glóbulos blancos, los glóbulos rojos más pequeños pasan a través de un filtro comercial simple que atrapa las células cancerosas y los glóbulos blancos restantes. Las células tumorales se pueden eliminar del filtro, que está integrado en el dispositivo impreso en 3D.
El procesamiento mínimo de las muestras de sangre es una meta para el proyecto de poner el proceso a disposición de clínicas y hospitales sin requerir habilidades técnicas especializadas. Un menor procesamiento también reduce el riesgo de daño a las células tumorales y minimiza otros cambios celulares que podrían sesgar la evaluación.
Captura el 90 por ciento de las células
Los investigadores probaron su enfoque al agregar células cancerosas a la sangre extraída de personas sanas. Como sabían cuántas células se agregaron, pudieron saber cuántas deberían extraer, y el experimento mostró que la trampa podía capturar alrededor del 90 por ciento de las células tumorales. Las pruebas posteriores de muestras de sangre de pacientes con cáncer de próstata aislaron células tumorales de una muestra de sangre completa de 10 mililitros.
Las pruebas incluyeron células de cáncer de próstata, mama y ovario, pero Sarioglu cree que el dispositivo capturará células tumorales circulantes de cualquier tipo de cáncer porque el mecanismo de extracción se dirige a las células sanguíneas en lugar de a las células cancerosas.
Los siguientes pasos serán estrechar los canales en el dispositivo, probar la extracción de glóbulos blancos sin el uso de biotina, aumentar el porcentaje de extracción de glóbulos blancos y conectar trampas de células para aumentar la capacidad de captura. "Esperamos que esta sea realmente una herramienta habilitadora para los médicos", ha confiado Sarioglu.
"En nuestro laboratorio, la mentalidad siempre es traducir nuestra investigación al hacer que el dispositivo sea lo suficientemente simple como para ser utilizado en hospitales, clínicas y otras instalaciones que ayudarán a diagnosticar enfermedades en los pacientes", ha afirmado.
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