(Noticias de Nanowerk) La investigación del cáncer tiene que ver con una sola célula.
Durante la última década, los investigadores del cáncer han descubierto que una sola célula de un tumor se puede utilizar para realizar análisis moleculares que brindan 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 un método avanzado para aislar células individuales de tejidos complejos. En un estudio publicado en Informes científicos (“El campo eléctrico facilitó la disociación rápida y eficiente de los tejidos en células individuales viables”) muestran que 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.
El desafío era desarrollar tecnología que permitiera a los investigadores aislar más rápida y fácilmente las células del tejido canceroso de la biopsia para prepararlo para el análisis, dijo Anubhav Tripathi, autor del estudio y director de ingeniería biomédica en Brown.
«Desde un punto de vista tecnológico, actualmente no hay nada comparable en el mercado», dijo Tripathi. «Esta tecnología será útil para aquellos que buscan respuestas utilizando genómica, proteómica y transcriptómica; no solo facilitará estas investigaciones diagnósticas y terapéuticas, sino que también ahorrará tiempo y esfuerzo a los investigadores».
Tripathi agregó que más allá de las aplicaciones clínicas, la tecnología será útil en aplicaciones biomédicas como la ingeniería de tejidos y el cultivo celular.
El análisis de células individuales utiliza técnicas de secuenciación avanzadas para obtener perfiles genéticos de células individuales. Esto es especialmente cierto en los tejidos cancerosos, donde las mutaciones raras pueden afectar la metástasis y 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, dijo el coautor Nikos Tapinos, profesor asociado de neurocirugía y neurociencia en la Universidad de 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 enzimático para extraer ácidos nucleicos de grandes muestras de tejido y luego realizarían una secuenciación genética masiva.
Este proceso da como resultado lecturas genéticas potencialmente inexactas de baja resolución y una detección deficiente de tipos de células raras, dijo Tapinos. Las consecuencias de perder esta información pueden ser profundas, señaló, incluida la posibilidad de un diagnóstico erróneo del paciente, lo que resulta en un retraso significativo entre el momento en que se extirpa el tumor del paciente y el momento en que 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 dé como resultado células individuales sanas y viables a partir de las cuales se pueda aislar el ARN en cuestión de minutos», dijo Tapinos. «Esto es exactamente lo que logra este nuevo proceso».
Las ventajas de la electricidad sobre las enzimas
En el nuevo método, se coloca una muestra de tejido entre dos electrodos de placas paralelas en un recipiente lleno de líquido. En lugar de enzimas, se aplican fluctuaciones de campo eléctrico para crear contrafuerzas en el líquido. Estas fuerzas hacen que las células del tejido se muevan en una dirección y luego en la dirección opuesta, haciendo que se separen o se separen limpiamente unas de otras.
Este enfoque fue iniciado por el autor del estudio Cel Welch, un Ph.D. de Brown. en el cuarto año, inventado. Candidato a ingeniero biomédico en el laboratorio Tripathi.
«El Dr. Tripathi ha trabajado mucho con campos eléctricos y microfluidos en su laboratorio”, dijo 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, algo que nunca se ha hecho antes. Con base en la investigación existente sobre la manipulación de partículas biológicas, formulamos una hipótesis sobre cómo funcionaría esto».
El nuevo procedimiento resultó en la disociación del tejido de la biopsia en 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 tejido para el análisis directo de células individuales», concluyó el estudio.
Según los investigadores, el nuevo enfoque es al menos un 300 % más efectivo que incluso las técnicas más simplificadas que involucran disociación química y mecánica simultánea.
Otra ventaja del proceso, según Welch, es la compacidad del dispositivo que desarrollaron: «En el flujo de trabajo tradicional, debe usar varios instrumentos de laboratorio diferentes, p. B. un instrumento de centrifugación, cada uno con un costo de varios miles de dólares. Este enfoque para la preparación de muestras unicelulares solo requiere un único instrumento”.
El equipo de investigación, con el apoyo de Brown Technology Innovations, la oficina de transferencia de tecnología de la universidad, solicitó una patente estadounidense y mundial para el dispositivo y la metodología asociada.
Las muestras utilizadas en el estudio fueron tejido de hígado bovino, células de cáncer de mama triple negativas y tejido de glioblastoma clínico humano. El equipo de investigación ahora está refinando la tecnología y desarrollando un dispositivo que podrá procesar varios tipos diferentes de muestras de biopsia de tejido pequeño simultáneamente, de manera rápida y efectiva, a un costo muy bajo.
El nuevo estudio explicó la base científica del proceso, dijo Welch. «Ahora estamos trabajando en un dispositivo novedoso diseñado específicamente para crear este sistema altamente optimizado para utilizar este fenómeno físico».
«Un investigador podrá simplemente presionar un botón y en cuestión de minutos tendrá las células individuales que necesita para el análisis», dijo Tapinos. «Es realmente adorable».
