El perfil espectroscópico infrarrojo puede detectar trazas moleculares de tumores sólidos en la sangre

Flujo de trabajo de huellas dactilares moleculares infrarrojas y diseño de estudios clínicos. (a) Se reclutaron cohortes de pacientes (casos) con cáncer de la nave de terapia, pulmón, mama, próstata y vejiga, y referencias sintomáticas específicas de órganos, así como individuos de referencia no sintomáticos en tres centros clínicos diferentes en total, 1927 individuos. (b) Se extrajeron muestras de sangre de todos los individuos y se prepararon sueros y plasma de acuerdo con procedimientos operativos estándar bien definidos. ( c ) Se utilizó espectroscopia infrarroja de transformada de Fourier automatizada de plasma y suero líquido a granel para obtener IMF. Los IMF mostrados se procesaron previamente mediante la corrección y normalización del agua (ver Métodos). (d) Para cada pregunta clínica estudiada, las características del caso y las cohortes de referencia se emparejaron por edad, sexo e índice de masa corporal (IMC) para evitar sesgos de selección de pacientes. Esto dio como resultado un número total de 1639 personas al comparar. (e) Los modelos de aprendizaje automático se construyeron en conjuntos de datos de entrenamiento y se evaluaron en conjuntos de datos de prueba para evaluar por separado la eficiencia de la clasificación para cada una de las cuatro entidades de cáncer. Crédito: DOI: 10.7554/eLife.68758

Los cánceres pueden crecer en numerosos lugares dentro de nuestro cuerpo y representar una tremenda amenaza para nuestra salud. Pero si uno pudiera detectar el crecimiento canceroso desde el principio, las posibilidades de vencerlo serían mayores. ¿Hay formas de lograr esto? El equipo de investigación de Diagnóstico Infrarrojo de Banda Ancha (BIRD) del departamento de Física Láser de la LMU de Múnich reveló que el perfil espectroscópico infrarrojo se puede utilizar para recoger rastros moleculares que los tumores sólidos dejan en nuestro torrente sanguíneo.

La detección de lesiones cancerosas tempranas y menos agresivas es primordial para tener opciones válidas de tratamiento médico. Además de las herramientas radiográficas para visualizar los tejidos tumorales dentro de nuestro cuerpo, y más allá de extraer biopsias de tejido de los órganos internos para inspeccionarlas bajo el microscopio, los enfoques de diagnóstico modernos a menudo se enfocan en la detección no invasiva del cáncer: analizan los fluidos corporales e intentan capturar macroscópicamente «invisibles» Cambios moleculares causados por el cáncer. De hecho, los tumores diseminan muchos productos metabólicos aberrantes y moléculas de señalización a su entorno. Del mismo modo, los tumores también interactúan característicamente con las células normales adyacentes de un tejido y, más tarde, con nuestras células inmunitarias y vasos sanguíneos. Estas interacciones afectan sustancialmente el tipo y la cantidad de muchas moléculas que terminan circulando en nuestro torrente sanguíneo, incluso en un momento en que un tumor aún está confinado a un órgano y aún no hace metástasis. Sin embargo, identificar sin ambigüedades las moléculas que significan cáncer, el santo grial para el diagnóstico médico y la industria farmacéutica, sigue siendo un desafío.

El equipo de investigación de attoworld en la LMU de Múnich ha realizado esfuerzos sustanciales para allanar nuevas vías tecnológicas para el diagnóstico más confiable y sensible. detección de moléculas en matrices líquidas complejas. En este contexto, el equipo de investigación de BIRD acaba de publicar un artículo en eLife en el que hicieron fluir un pequeño volumen de una muestra de sangre a través de una cubeta, lo atravesaron con luz infrarroja y cuantificaron los cambios complejos en los patrones de ondas de luz provenientes de la muestra de sangre. en función de la identidad y número de los cientos de miles de moléculas diferentes disueltas en él. La extracción de información mediante el uso de algoritmos de aprendizaje automático permite determinar una firma que es tan característica de la muestra de sangre de un individuo que la firma puede denominarse «huella digital molecular». El trabajo anterior del equipo BIRD publicado en Nature Communications mostró que tales huellas dactilares moleculares infrarrojas eran altamente reproducibles en extracciones de sangre repetidas de un individuo.

El tamaño del problema en el seguimiento de enfermedades como el cáncer mediante huellas dactilares moleculares infrarrojas ahora se vuelve inmediatamente obvio: hay que pasar al nivel de población. Por lo tanto, los científicos tuvieron que analizar estas huellas dactilares de casi dos mil individuos para poder extraer la diferencia entre la huella dactilar sana promedio y la huella dactilar enferma promedio. ¿Cómo funciona en la vida real? En colaboración con médicos de las clínicas de LMU, el equipo de BIRD estableció un estudio clínico de casos y controles emparejados y realizó una toma de huellas dactilares moleculares infrarrojas comparativas en muestras de pacientes con carcinomas de pulmón, próstata, mama o vejiga diagnosticados de forma independiente. Y, de hecho, las huellas dactilares infrarrojas de la sangre fueron sorprendentemente sólidas y detectaron correctamente el estado del cáncer. De manera emocionante, las huellas dactilares infrarrojas podrían utilizarse, no solo para detectar el cáncer, sino también para distinguir entre diferentes tipos de cáncer, lo que indica que cada uno de ellos ha desencadenado alteraciones moleculares específicas.

¿Podría este enfoque trasladarse a las clínicas algún día? Si bien aún está lejos de ser un método del que los pacientes puedan beneficiarse en las clínicas médicas, el estudio publicado confirma la expectativa de que, en el futuro, la toma de huellas dactilares infrarrojas pueda volverse útil para ayudar en el diagnóstico del cáncer o incluso para la detección del cáncer de cáncer de bajo grado que iría desapercibido utilizando las pruebas de cáncer actuales. En particular, la toma de huellas dactilares infrarrojas puede ser impulsada a otro nivel pronto. Especialmente cuando entren en juego fuentes de luz ultrarrápidas y metrologías basadas en campos eléctricos de alta precisión de la investigación de attoworld. Se puede ver el camino y la búsqueda continúa.

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Innovador análisis de sangre basado en luz infrarroja Más información: Marinus Huber et al, Huella dactilar molecular infrarroja de biopsias líquidas a base de sangre para la detección de cáncer, eLife (2021) . DOI: 10.7554/eLife.68758

Marinus Huber et al, La estabilidad de las huellas dactilares moleculares infrarrojas basadas en sangre específicas de la persona abre perspectivas para el control de la salud, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-21668-5 Información de la revista: Nature Communications , eLife