Diagnosticar células cancerosas con biosensores bacterianos
El cáncer sigue siendo una de las principales causas de muerte en el mundo, con unos 8,2 millones de fallecimientos al año. En muchos casos, la mortalidad no se debe al tumor primario, sino a la metástasis, un proceso estimulado por las células tumorales circulantes (CTC) que escapan al torrente sanguíneo. Las CTC son fenotípicamente heterogéneas, y diferentes subpoblaciones contribuyen de distintas maneras a la metástasis, la resistencia al tratamiento y los desenlaces clínicos. Su caracterización detallada podría transformar el diagnóstico de tumores y las estrategias de los tratamiento personalizado. Sin embargo, los métodos convencionales tienen baja sensibilidad, capacidad de multiplexación limitada y dependen de una infraestructura de laboratorio voluminosa.
Convergencia de las distintas tecnologías en un único sistema
El equipo del proyecto BIOCELLPHE(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos, se propuso colmar esta laguna desarrollando un método radicalmente nuevo para la determinación de perfiles proteicos de las CTC individuales. «La visión es transformar la forma en que detectamos proteínas específicas en la superficie de células tumorales individuales mediante la integración de los avances de vanguardia en nanotecnología, biología sintética, microfluidos e inteligencia artificial (IA) en una única plataforma de diagnóstico fácil de usar», explica la coordinadora del proyecto, Isabel Pastoriza Santos. Las células expresan múltiples proteínas en su superficie, que a menudo comparten con otros tipos celulares. Por lo tanto, la detección e identificación de las CTC para el diagnóstico del cáncer requiere la medición de muchos biomarcadores proteicos a la vez. Para aislar las CTC, el consorcio desarrolló un dispositivo «laboratorio en un chip»(se abrirá en una nueva ventana) que clasifica y atrapa de forma pasiva las gotitas que contienen células a partir de muestras de sangre periférica de pacientes con cáncer. Estas células se someten a análisis moleculares posteriores.
Bacterias artificiales como sensores vivos
El concepto se basa en cepas de «Escherichia coli» modificadas genéticamente y diseñadas para reconocer biomarcadores proteínicos específicos en la superficie de las CTC. Estas cepas llevan receptores en su membrana externa, lo que permite la adhesión selectiva a los biomarcadores de cáncer validados. La adhesión específica de las bacterias a proteínas diana de la membrana celular desencadena la producción de compuestos químicos activos en Raman, que pueden detectarse con una sensibilidad ultraelevada mediante espectrometría Raman de superficie mejorada (SERS)(se abrirá en una nueva ventana), a través de sus huellas espectrales únicas. Para lograr este objetivo, el consorcio diseñó vías metabólicas y de señalización para producir distintos reporteros Raman activos que permitieran la detección simultánea (es decir, multiplexada) de varias proteínas. Con los datos preliminares de los análisis clínicos se demostró que las bacterias manipuladas podían detectar y distinguir al menos tres proteínas de membrana celular diferentes en las CTC. Estos resultados ponen de relieve el potencial del fenotipado multiplexado en muestras reales de pacientes.
Más allá del estado actual de la tecnología
Aunque la plena integración en un único dispositivo de diagnóstico sigue siendo un objetivo futuro, en BIOCELLPHE se estableció un nuevo marco científico y tecnológico para el perfilado de proteínas a nivel unicelular. La experiencia multidisciplinar del consorcio en biología sintética, nanotecnología, microfluídica e inteligencia artificial permitió avances que antes no eran factibles. Los pasos futuros incluyen la optimización, estudios de validación clínica más amplios y la exploración de vías traslacionales. El concepto de BIOCELLPHE, en el que se emplean bacterias artificiales para detectar objetivos extracelulares, tiene el potencial de hacer avanzar la oncología de precisión y el diagnóstico biomédico en general. «Las bases sentadas durante el proyecto abren la puerta a aplicaciones mucho más allá del cáncer», subraya Pastoriza Santos.