En la batalla contra el cáncer, que mata a casi 8 millones de personas en todo el mundo cada año, los médicos tienen en su arsenal muchas armas poderosas, incluidas varias formas de quimioterapia y radiación. Sin embargo, lo que les falta es un buen reconocimiento, una forma confiable deobtener datos en tiempo real sobre qué tan bien está funcionando una terapia en particular para un paciente determinado.
La resonancia magnética y otras tecnologías de exploración pueden indicar el tamaño de un tumor, mientras que la información más detallada sobre qué tan bien está funcionando un tratamiento proviene de los exámenes de los patólogos del tejido tomado en biopsias. Sin embargo, estos métodos ofrecen solo instantáneas de la respuesta del tumor,y la naturaleza invasiva de las biopsias las convierte en un procedimiento arriesgado que los médicos intentan minimizar.
Ahora, los investigadores del Instituto Koch del MIT para la Investigación Integral del Cáncer están cerrando esa brecha de información mediante el desarrollo de un pequeño sensor bioquímico que puede implantarse en el tejido canceroso durante la biopsia inicial. El sensor luego envía de forma inalámbrica datos sobre biomarcadores reveladores a un "lector externo""dispositivo, que permite a los médicos monitorear mejor el progreso de un paciente y ajustar las dosis o cambiar las terapias en consecuencia. Hacer que los tratamientos contra el cáncer sean más específicos y precisos aumentaría su eficacia al tiempo que reduce la exposición de los pacientes a efectos secundarios graves".
"Queríamos hacer un dispositivo que nos diera una señal química sobre lo que está sucediendo en el tumor", dice Michael Cima, el profesor de ingeniería David H. Koch 1962 en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales y un KochInvestigador del instituto que supervisó el desarrollo del sensor. "En lugar de esperar meses para ver si el tumor se está reduciendo, podría obtener una lectura temprana para ver si se está moviendo en la dirección correcta".
Dos estudiantes de doctorado del MIT en el laboratorio de Cima trabajaron con él en el proyecto del sensor: Vincent Liu, ahora un postdoctorado en el MIT, y Christophoros Vassiliou, ahora un postdoctorado en la Universidad de California en Berkeley. Su investigación aparece en un artículo en elRevista Lab on a Chip que se ha publicado en línea.
Mediciones sin IRM
Los sensores desarrollados por el equipo de Cima proporcionan datos a pedido en tiempo real sobre dos biomarcadores vinculados a la respuesta de un tumor al tratamiento: pH y oxígeno disuelto. Como explica Cima, cuando el tejido canceroso está siendo atacado por los agentes de quimioterapia, se vuelve más"Muchas veces, puedes ver la respuesta químicamente antes de ver que un tumor realmente se contrae", dice Cima. De hecho, algunas terapias desencadenarán una reacción del sistema inmunitario y la inflamación hará que el tumor parezca crecer, incluso mientrasla terapia es efectiva
Mientras tanto, los niveles de oxígeno pueden ayudar a los médicos a medir la dosis adecuada de una terapia como la radiación, ya que los tumores prosperan en condiciones de bajo oxígeno hipóxico ". Resulta que cuanto más hipóxico es el tumor, más radiación necesita", Dice Cima." Entonces, estos sensores, leídos a lo largo del tiempo, podrían permitirle ver cómo estaba cambiando la hipoxia en el tumor, por lo que podría ajustar la radiación en consecuencia ".
La carcasa del sensor, hecha de un plástico biocompatible, es lo suficientemente pequeña como para caber en la punta de una aguja de biopsia. Contiene 10 microlitros de agentes de contraste químico típicamente utilizados para la resonancia magnética MRI y un circuito integrado para comunicarsecon el dispositivo lector externo.
Cima explica que idear una fuente de alimentación para estos sensores fue fundamental. Hace cuatro años, su equipo construyó un sensor implantable similar que podría leerse con un escáner de resonancia magnética. "Los escáneres de resonancia magnética son costosos y no son fáciles de formar parte de la atención de rutina,"dice." Queríamos dar el siguiente paso y poner algunos dispositivos electrónicos en el dispositivo para poder tomar estas medidas sin una resonancia magnética ".
En cuanto a la potencia, estos nuevos sensores dependen del lector. Específicamente, hay una bobina de metal dentro del lector y una bobina mucho más pequeña en el propio sensor. Una corriente eléctrica magnetiza la bobina dentro del lector, y ese campo magnético crea un voltaje enla bobina del sensor cuando las dos bobinas están juntas, un proceso llamado inductancia mutua. El lector envía una serie de pulsos, y el sensor "vuelve a sonar", como lo expresa Cima. La variación de esta señal de retorno a lo largo del tiempo se interpretapor una computadora a la que está conectado el lector, revelando cambios en los biomarcadores específicos.
"Con estos dispositivos, es como tomar la presión sanguínea. Es una medida simple. Se obtiene la lectura y se sigue adelante", dice Ralph Weissleder, radiólogo y director del laboratorio del Centro de Biología de Sistemas del Hospital General de Massachusetts que está familiarizado conla investigación: "Sea lo que sea que puedas hacer en ese momento y sin pruebas complicadas, mejor".
Aplicaciones adicionales
El equipo de Cima probó con éxito los sensores en experimentos de laboratorio, incluso implantándolos en roedores. Si bien los sensores solo se implantaron durante unas pocas semanas, Cima cree que podrían usarse para controlar la salud de una persona durante muchos años.
"Hay miles de personas vivas hoy, porque tienen dispositivos electrónicos implantables, como marcapasos y desfibriladores", dice. "Estamos fabricando estos sensores con materiales que se encuentran en este tipo de implantes a largo plazo, y dado queson tan pequeños que no creo que haya un problema "
Estos experimentos iniciales mostraron que los sensores podían detectar el pH y la concentración de oxígeno en los tejidos de manera rápida, confiable y precisa. Luego, los investigadores quieren ver qué tan bien los sensores miden los cambios en el pH durante un período prolongado de tiempo.
"Quiero impulsar estas sondas para que podamos usarlas para monitorear la respuesta tumoral", dice Cima. "Hicimos un poco de eso en estos experimentos, pero tenemos que hacerlo realmente robusto".
Si bien la aplicación principal de estos sensores sería la atención del cáncer, Cima también está ansiosa por colaborar con investigadores en otros campos, como la ciencia ambiental. "Por ejemplo, podría usarlos para medir el oxígeno disuelto o el pH de diferentessitios en todo un estanque o un lago ", dice Cima." Estoy entusiasmado con el uso de estos sensores para llevar grandes datos al monitoreo ambiental ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer en el MIT . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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