Nuevos sensores podrían ofrecer detección temprana de tumores pulmonares

Imágenes fluorescentes del pulmón (arriba a la izquierda) y otros órganos como el bazo (S) y el hígado (Li) en ratones una hora después de la administración de las nanopartículas (naranja). Crédito: JD Kirkpatrick et al., Science Translational Medicine (2020)

Las personas que tienen un alto riesgo de desarrollar cáncer de pulmón, como los fumadores empedernidos, se someten a pruebas de detección rutinarias con tomografías computarizadas (TC), que pueden detectar tumores en los pulmones. . Sin embargo, esta prueba tiene una tasa extremadamente alta de falsos positivos, ya que también detecta nódulos benignos en los pulmones.

Los investigadores del MIT ahora han desarrollado un nuevo enfoque para el diagnóstico temprano del cáncer de pulmón: una prueba de orina que puede detectar la presencia de proteínas relacionadas con la enfermedad. Este tipo de prueba no invasiva podría reducir la cantidad de falsos positivos y ayudar a detectar más tumores en las primeras etapas de la enfermedad.

La detección temprana es muy importante para el cáncer de pulmón, ya que las tasas de supervivencia a cinco años están en menos seis veces mayor en pacientes cuyos tumores se detectan antes de que se propaguen a lugares distantes del cuerpo.

«Si observa el campo del diagnóstico y la terapia del cáncer, hay un reconocimiento renovado de la importancia de la detección temprana del cáncer». detección y prevención. Realmente necesitamos nuevas tecnologías que nos brinden la capacidad de detectar el cáncer cuando podamos interceptarlo e intervenir temprano», dice Sangeeta Bhatia, profesora de Ciencias de la Salud y Tecnología e Ingeniería Eléctrica de la cátedra John and Dorothy Wilson. y Ciencias de la Computación, y miembro del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer y del Instituto de Ingeniería y Ciencias Médicas del MIT.

Bhatia y sus colegas descubrieron que la nueva prueba, que se basa en nanop artículos que se pueden inyectar o inhalar podrían detectar tumores tan pequeños como 2,8 milímetros cúbicos en ratones.

Bhatia es el autor principal del estudio, que aparece hoy en Science Translational Medicine. Los autores principales del artículo son los estudiantes graduados del MIT y la Universidad de Harvard, Jesse Kirkpatrick y Ava Soleimany, y el ex estudiante graduado del MIT Andrew Warren, quien ahora es asociado de Third Rock Ventures.

Dirigirse a los tumores de pulmón

Durante varios años, el laboratorio de Bhatia ha estado desarrollando nanopartículas que pueden detectar el cáncer al interactuar con enzimas llamadas proteasas. Estas enzimas ayudan a las células tumorales a escapar de sus ubicaciones originales cortando las proteínas de la matriz extracelular.

Para encontrar esas proteínas, Bhatia creó nanopartículas recubiertas con péptidos (fragmentos cortos de proteínas) que son el objetivo de las proteasas relacionadas con el cáncer. . Las partículas se acumulan en los sitios del tumor, donde se escinden los péptidos, lo que libera biomarcadores que luego se pueden detectar en una muestra de orina.

Su laboratorio ha desarrollado sensores para el cáncer de colon y de ovario, y en su nuevo estudio, los investigadores querían aplicar la tecnología al cáncer de pulmón, que mata a unas 150.000 personas en los Estados Unidos cada año. Las personas que se someten a una tomografía computarizada y obtienen un resultado positivo a menudo se someten a una biopsia u otra prueba invasiva para buscar cáncer de pulmón. En algunos casos, este procedimiento puede causar complicaciones, por lo que una prueba de seguimiento no invasiva podría ser útil para determinar qué pacientes realmente necesitan una biopsia, dice Bhatia.

Un equipo de científicos del MIT ha desarrollado una prueba no invasiva basada en nanopartículas. prueba que detectó de manera sensible y específica el cáncer de pulmón en ratones. Crédito: Jesse Kirkpatrick, MIT

«La tomografía computarizada es una buena herramienta que puede ver muchas cosas», dice. «El problema es que el 95 por ciento de lo que encuentra no es cáncer, y en este momento hay que biopsiar a demasiados pacientes que dan positivo».

Para personalizar sus sensores para el cáncer de pulmón, los investigadores analizaron una base de datos de genes relacionados con el cáncer llamada Cancer Genome Atlas e identificó proteasas que abundan en el cáncer de pulmón. Crearon un panel de 14 nanopartículas recubiertas de péptidos que podrían interactuar con estas enzimas.

Luego, los investigadores probaron los sensores en dos modelos diferentes de cáncer en ratones, ambos diseñados con mutaciones genéticas que los llevan a desarrollar naturalmente tumores pulmonares. Para ayudar a prevenir el ruido de fondo que podría provenir de otros órganos o del torrente sanguíneo, los investigadores inyectaron las partículas directamente en las vías respiratorias.

Usando estos sensores, los investigadores realizaron su prueba de diagnóstico en tres momentos: 5 semanas, 7,5 semanas y 10,5 semanas después de que comenzara el crecimiento del tumor. Para que los diagnósticos fueran más precisos, utilizaron el aprendizaje automático para entrenar un algoritmo para distinguir entre datos de ratones que tenían tumores y ratones que no los tenían.

Con este enfoque, los investigadores descubrieron que podían detectar tumores con precisión. en uno de los modelos de ratón a las 7,5 semanas, cuando los tumores tenían un promedio de solo 2,8 milímetros cúbicos. En la otra cepa de ratones, los tumores pudieron detectarse a las 5 semanas. La tasa de éxito de los sensores también fue comparable o mejor que la tasa de éxito de las tomografías computarizadas realizadas en los mismos puntos de tiempo.

Reducción de falsos positivos

Los investigadores también descubrieron que los sensores tienen Otra habilidad importante es que pueden distinguir entre el cáncer en etapa temprana y la inflamación no cancerosa de los pulmones. La inflamación pulmonar, común en las personas que fuman, es una de las razones por las que las tomografías computarizadas producen tantos falsos positivos.

Bhatia prevé que los sensores de nanopartículas podrían usarse como un diagnóstico no invasivo para las personas que obtienen un resultado positivo. en una prueba de detección, eliminando potencialmente la necesidad de una biopsia. Para su uso en humanos, su equipo está trabajando en una forma de partículas que podrían inhalarse como polvo seco o a través de un nebulizador. Otra aplicación posible es usar estos sensores para monitorear qué tan bien responden los tumores de pulmón al tratamiento, como medicamentos o inmunoterapias.

«Un próximo gran paso sería llevar esto a pacientes que tienen cáncer conocido y están siendo tratados, para ver si están tomando el medicamento correcto», dice Bhatia.

También está trabajando en una versión del sensor que podría usarse para distinguir entre las formas de neumonía viral y bacteriana, lo que podría ayudar a los médicos a determinar qué pacientes necesitan antibióticos e incluso puede proporcionar información complementaria a las pruebas de ácido nucleico como las que se están desarrollando para Covid-19. Glympse Bio, una empresa cofundada por Bhatia, también está trabajando en el desarrollo de este enfoque para reemplazar la biopsia en la evaluación de la enfermedad hepática.

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Uso del aprendizaje automático para detectar el ADN del cáncer de pulmón en la sangre Más información: JD Kirkpatrick el al., «Detección urinaria de cáncer de pulmón en ratones a través del perfil de proteasa pulmonar no invasivo» Ciencia Medicina Traslacional (2020). stm.sciencemag.org/lookup/doi/ … scitranslmed.aaw0262 Información de la revista: Science Translational Medicine

Proporcionado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts Cita: Nuevos sensores podrían ofrecer una detección temprana de tumores pulmonares (2020, 1 de abril) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-04-sensors-early-lung-tumors.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.