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Aparato a base de láser detecta y destruye células de melanoma en la sangre, indica un estudio

, por Equipo del NCI

Una foto de la configuración del dispositivo Cytophone.

El citófono usa rayos láser y ondas de sonido para explorar la sangre circulante en busca de células de melanoma.

Crédito: Universidad de Arkansas para Ciencias Médicas

Los científicos han diseñado un dispositivo no invasivo que posiblemente no solo detecte células de melanoma que circulan por el torrente sanguíneo, sino que también las elimine.

El dispositivo, que los investigadores llaman citófono, detectó con precisión células cancerosas en 27 de 28 personas con melanoma. También redujo el número de células cancerosas en la sangre de los participantes, lo cual indica que posiblemente las elimine.

El dispositivo usa rayos láser y ondas de sonido para explorar la sangre circulante en busca de células de melanoma. No requiere ni agujas ni extracciones de sangre, y puede explorar todo el volumen de sangre de una persona, aproximadamente cinco litros, en cuestión de horas.

En el estudio, financiado por el NCI, se demostró la viabilidad del uso del dispositivo para detectar células cancerosas en la sangre de personas con melanoma, dijo el investigador principal del estudio, el doctor Vladimir Zharov, director del Centro de Nanomedicina de Arkansas en la Universidad de Arkansas para Ciencias Médicas.

“Uno de los problemas en la detección de células tumorales circulantes es que estas se encuentran en cantidades muy bajas en la sangre”, dijo el doctor Miguel Ossandon, de la División de Tratamiento y Diagnóstico del Cáncer del NCI, quien supervisó el financiamiento del estudio.

Según los resultados, publicados el 12 de junio en Science Translational Medicine, el citófono pudo detectar una célula cancerosa en un litro de sangre, lo que hace que sea aproximadamente mil veces más sensible que las tecnologías existentes que se usan para buscar células cancerosas circulantes.

El doctor Zharov y su equipo esperan producir más dispositivos para que puedan realizar un estudio más grande de más pacientes con melanoma.

Y, aunque este método solo puede detectar células que tienen pigmento, con algunas modificaciones también se puede aplicar a cánceres distintos del melanoma, señaló la autora principal, la doctora Ekaterina Galanzha, de la Universidad de Arkansas para Ciencias Médicas. Por ejemplo, al usar nanopartículas de oro no tóxicas, el equipo usó un método parecido para detectar células mamarias cancerosas circulantes en ratones y en muestras de sangre de pacientes con cáncer de seno (mama), explicó.

Identificación de células tumorales circulantes

Las células cancerosas no siempre están fijas en un tumor; algunas se desprenden y flotan libremente por el torrente sanguíneo y el sistema linfático. Los investigadores han diseñado pruebas, llamadas biopsias líquidas, con las que detectan y analizan células tumorales circulantes con el objetivo de ayudar a médicos a atender a personas con cáncer.

La mayoría de las pruebas de biopsia líquida implican obtener un tubo de sangre de un paciente y luego, en un laboratorio, usar tecnologías sofisticadas para procesar y analizar la sangre a fin de detectar la presencia de células cancerosas.

Los autores escribieron que, hay limitaciones respecto a esta clase de método. Por ejemplo, sacar células del cuerpo para usarlas en un laboratorio las puede alterar de maneras que posiblemente afecten la precisión de los análisis.

En cambio, el citófono detecta las células cancerosas mientras estas se encuentran en el interior del cuerpo del paciente. El dispositivo funciona al administrar pulsos breves de láser a los vasos sanguíneos debajo de la piel de la mano de la persona, mientras la mano se encuentra sujetada ligeramente en un soporte personalizado. A medida que las células circulantes de melanoma pasan por los rayos láser, el pigmento en su interior se calienta, lo cual produce ondas de sonido que se detectan con un transductor de ecografía .

Otra ventaja del método del citófono es que no identifica a las células de melanoma mediante características moleculares específicas, las cuales pueden variar mucho de un paciente a otro, dijo la doctora Kelly Nelson, profesora adjunta de dermatología en el Centro Oncológico MD Anderson de la Universidad de Texas, quien no participó en el estudio. El citófono “probablemente se pueda aplicar a un contexto más generalizado de melanoma que los enfoques que se basan más en características moleculares”, dijo.

Detención inmediata del cáncer

Después de desarrollar el dispositivo durante muchos años y de ponerlo a prueba en animales, el equipo del doctor Zharov obtuvo financiamiento del NCI para estudiarlo en un entorno clínico.

Primero, los científicos usaron el citófono en 18 voluntarios con melanoma y en 10 que no lo tenían para definir los valores de referencia y entrenar un algoritmo informático para distinguir las células cancerosas de las sanas.

No se detectaron señales de células cancerosas en los voluntarios sanos, aunque sí se detectaron algunas señales de origen desconocido. Los investigadores estimaron que el dispositivo identificó correctamente a quienes no tenían cáncer (es decir, la especificidad) el 95 % de las veces. Los participantes no indicaron tener dolor ni cambios en la piel.

A continuación, el equipo puso el método a prueba en 10 personas adicionales con melanoma para confirmar que con dicho método se pueden encontrar las células circulantes de esta enfermedad. En general, la herramienta detectó células cancerosas en todas las personas con melanoma, a excepción de en una, demostrando así una alta sensibilidad (la capacidad de identificar correctamente las que tienen cáncer).

En el caso de los voluntarios con una concentración de células tumorales circulantes lo suficientemente alta como para ser detectable con métodos convencionales, los investigadores también determinaron el número de dichas células en sus muestras de sangre mediante una variedad de pruebas de laboratorio, comprobando así la precisión de los resultados del citófono.

A medida que los científicos usaron el dispositivo en personas con melanoma, observaron un patrón interesante e inesperado: la señal de las células tumorales circulantes disminuía con el tiempo. Se preguntaron si el citófono podía detectar y destruir simultáneamente las células cancerosas.

“Aunque ya habíamos demostrado la eliminación de células tumorales circulantes con láser en animales, este no era nuestro objetivo inicial en los seres humanos. Usamos una energía de láser relativamente baja para fines diagnósticos”, dijo el doctor Zharov.

Cuando los rayos láser calientan las células de melanoma, se forman burbujas diminutas alrededor de las proteínas pigmentarias en el interior de las células. A medida que estas burbujas se expanden rápidamente, pueden destruir las células físicamente. Aunque los rayos láser también pueden calentar el pigmento en los glóbulos rojos, las burbujas no se forman y, por lo tanto, no hay peligro de dañar a las células sanas.

En pruebas de laboratorio, los científicos encontraron que una hora de exposición al rayo láser redujo notablemente el número de células tumorales en las muestras de sangre que se tomaron de los pacientes, aunque el grado de reducción varió de un paciente a otro. En un caso, el dispositivo redujo 11 veces el número de células cancerosas. La característica de la eliminación celular tal vez dependa de la cantidad de pigmento en las células de melanoma, señalaron los investigadores.

Debido a que algunas de las células cancerosas circulantes tienen la capacidad de salirse del torrente sanguíneo y formar nuevos tumores en otras partes del cuerpo (metástasis), la destrucción de las células en la sangre tal vez reduzca el riesgo de que el cáncer se disemine, escribieron los científicos.

Detección del melanoma en un estadio inicial

Aunque falta mucho para que el método del citófono se pueda usar de forma habitual en un entorno clínico, es posible que tenga varias aplicaciones, dijeron los investigadores.

El equipo tiene previsto enfocarse en poner el dispositivo a prueba como un posible examen de detección para el melanoma en un estadio inicial, señaló el doctor Zharov. El tratamiento es mucho más eficaz cuando el melanoma se detecta en un estadio inicial que cuando se ha diseminado a otras partes del cuerpo, explicó. En el estudio actual, el citófono detectó células tumorales circulantes en los tres participantes que tenían melanoma de estadio II previamente confirmado.

El uso del dispositivo como examen de detección podría ayudar a identificar personas que deban acudir a un dermatólogo competente para someterse a una exploración de piel de cuerpo entero, dijo la doctora Nelson. Sin embargo, “la obtención de los datos necesarios para apoyar ese enfoque requiere de muchas más investigaciones”, añadió.

El seguimiento para detectar metástasis en personas con un estadio inicial de melanoma también es otra posible aplicación del dispositivo, señaló la doctora Nelson. Las personas con un estadio inicial de la enfermedad, a menudo, se preocupan de que el cáncer se esté diseminando, dijo, y la posibilidad de “tener una técnica no invasiva para detectar el avance de la enfermedad en los estadios iniciales ya está dándoles mucha esperanza a los pacientes”.

Sin embargo, todavía se necesitan más pruebas y validación antes de que eso siquiera se convierta en una posibilidad, recalcó.

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