Investigadores de la Universidad de Nagoya desarrollan un dispositivo de nanocables capaz de detectar niveles microscópicos de marcadores urinarios potencialmente implicados en el cáncer
Las células se comunican entre sí a través de una serie de mecanismos diferentes. Algunos de estos mecanismos son bien conocidos: en animales, por ejemplo, las amenazas depredadoras pueden impulsar la liberación de norepinefrina, una hormona que viaja a través del torrente sanguíneo y dispara células cardíacas y musculares para iniciar una respuesta de «lucha o huida».
Un modo mucho menos familiar de transporte celular es la vesícula extracelular (VE). Las VE se pueden considerar como pequeñas «secciones» de una célula que pueden desprenderse y circular por todo el cuerpo para entregar carga de mensajería a otras células. Estos mensajeros se han vuelto cada vez más reconocidos como mediadores cruciales de la comunicación de célula a célula.
En un nuevo estudio publicado en Science Advances, investigadores de la Universidad de Nagoya han desarrollado un novedoso dispositivo médico que puede capturar de manera eficiente estas EV y potencialmente utilizarlos para detectar cáncer.
Video 1: extracción de microARN utilizando nanocables
Después de introducir una muestra de orina en el dispositivo, vesículas extracelulares son capturadas por un sustrato de nanocables a través de fuerzas electrostáticas. Los microARN pueden extraerse directamente del sustrato. © Takao Yasui
«Las VE son potencialmente útiles como marcadores clínicos. La composición de las moléculas contenidas en una VE puede proporcionar una firma diagnóstica para ciertas enfermedades», explica el autor principal, Takao Yasui. «El desafío actual para los médicos en cualquier campo es encontrar una herramienta de diagnóstico no invasiva que les permita controlar a sus pacientes de forma regular, por ejemplo, una prueba de orina simple».
Entre las muchas moléculas que se ha descubierto que albergan las VE se encuentran los microARN, que son segmentos cortos de ácido ribonucleico que desempeñan diversos papeles en la biología celular normal. La presencia de ciertos microARN en la orina podría servir como bandera roja para enfermedades graves como el cáncer de vejiga y de próstata. Si bien esta importante carga podría, por lo tanto, ayudar a los médicos en el diagnóstico del cáncer, aún hay muchos obstáculos tecnológicos que deben superarse. Uno de esos obstáculos: encontrar un método factible para capturar las VE en cantidades suficientes para analizarlos en un entorno clínico de rutina.
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«El contenido de las VE en la orina es extremadamente bajo, menos del 0,01% del volumen total de líquido. Esta es una barrera importante para su utilidad de diagnóstico», señala Yasui. Nuestra solución fue incorporar nanocables de óxido de zinc en un polímero especializado para crear un material que creímos que sería altamente eficiente en la captura de estas vesículas. Nuestros hallazgos sugieren que el dispositivo es bastante eficiente. Obtuvimos una tasa de recolección de más del 99%, superando la ultracentrifugación, así como otros métodos que se utilizan actualmente en el campo «.
(a) Diagrama de dispersión que compara las intensidades normalizadas de los microARN extraídos con el dispositivo de nanocables versus la recolección convencional mediante ultracentrifugación. (b) Histograma que muestra la frecuencia de especies de microARN a diferentes intensidades fluorescentes recogidas por nanohilos (rojo) y ultracentrifugación (azul). Tanto los diagramas de dispersión como los análisis de histograma muestran una abundancia notablemente mayor de microARN extraídos utilizando la tecnología de nanocables. © Takao Yasui
Figura 1: Comparación de la extracción de microARN utilizando nanocables versus colección convencional
Prueba de dispositivo
Para probar la practicidad del dispositivo, el equipo de investigación comparó los microARN de las VE aisladas de pacientes sanos con aquellos aisladas de pacientes que ya habían sido diagnosticados cáncer de vejiga, próstata y otras formas. Notablemente, su técnica requirió solo 1 mililitro de orina, mucho más que el típico «depósito» proporcionado durante un chequeo de rutina, y encontró un número sustancialmente mayor y diferentes tipos de microRNAs en comparación con el enfoque de ultracentrifugación estándar.
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La extracción de nanocables permitió comparar muchos microARNs a la vez con muestras de orina obtenidas de pacientes. La expresión de cada microARN se muestra como baja / regulada negativamente (azul), intermedia (negra) o alta / positiva (amarilla). El análisis revela patrones únicos de expresión para grupos de microARN cuando se comparan donantes sanos (-) con pacientes con cáncer (+). © Takao Yasui
Figura 2: Identificación de distintos patrones de microARN en donantes sanos y pacientes con cáncer
«Encontrar un marcador específico y reproducible para ayudar a confirmar un diagnóstico de cáncer es difícil. Esto es especialmente cierto para los microARN, que son una clase relativamente nueva de marcadores en el campo», explica el coautor Yoshinobu Baba. «A veces, encontrar un solo microARN confiable se considera un éxito. Con este enfoque, nos sorprendimos al descubrir que no solo una, sino combinaciones enteras de microARNs podrían estar asociadas con diferentes tipos de cáncer. Los hallazgos son preliminares, por supuesto, pero Esperamos que nuestro dispositivo pueda ayudar a sentar las bases para formas más fáciles de diagnosticar enfermedades que ponen en peligro la vida tan pronto como sea posible «.
Referencia científica: «Unveiling massive numbers of cancer-related urinary-microRNA candidates via nanowires» was published in Science Advances at DOI: 10.1126/sciadv.1701133
Fuente: Nagoya University
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