los ingenieros químicos del MIT han desarrollado un nuevo sensor que les permite ver dentro de las células cancerosas y determinar si las células están respondiendo a un tipo particular de medicamento de quimioterapia.
Los sensores, que detectan el peróxido de hidrógeno dentro de las células humanas, podrían ayudar a los investigadores a identificar nuevos medicamentos contra el cáncer que aumentan los niveles de peróxido de hidrógeno, lo que induce la muerte celular programada. Los sensores también podrían adaptarse para detectar tumores de pacientes individuales para predecir si tales medicamentossería efectivo contra ellos.
"La misma terapia no funcionará contra todos los tumores", dice Hadley Sikes, profesor asociado de ingeniería química en el MIT. "Actualmente hay una escasez real de herramientas cuantitativas y químicamente específicas para poder medir los cambios queocurrir en células tumorales versus células normales en respuesta al tratamiento farmacológico "
Sikes es el autor principal del estudio, que aparece en la edición del 7 de agosto de Comunicaciones de la naturaleza . El primer autor del artículo es el estudiante de posgrado Troy Langford; otros autores son los antiguos estudiantes de posgrado Beijing Huang y Joseph Lim y el estudiante de posgrado Sun Jin Moon.
Seguimiento de peróxido de hidrógeno
Las células cancerosas a menudo tienen mutaciones que hacen que su metabolismo se salga mal y produzcan flujos anormalmente altos de peróxido de hidrógeno. Cuando se produce demasiada molécula, puede dañar las células, por lo que las células cancerosas se vuelven altamente dependientes de los sistemas antioxidantes que eliminan el peróxido de hidrógenode las células.
Los medicamentos que se dirigen a esta vulnerabilidad, que se conocen como "medicamentos redox", pueden funcionar al deshabilitar los sistemas antioxidantes o aumentar aún más la producción de peróxido de hidrógeno. Muchos de estos medicamentos han entrado en ensayos clínicos, con resultados mixtos.
"Uno de los problemas es que los ensayos clínicos generalmente encuentran que funcionan para algunos pacientes y no para otros pacientes", dice Sikes. "Realmente necesitamos herramientas para poder realizar ensayos más bien diseñados dondedeterminamos qué pacientes van a responder a este enfoque y cuáles no, por lo que se pueden aprobar más de estos medicamentos ".
Para ayudar a avanzar hacia ese objetivo, Sikes se propuso diseñar un sensor que pudiera detectar con sensibilidad el peróxido de hidrógeno dentro de las células humanas, lo que permite a los científicos medir la respuesta de una célula a dichos medicamentos.
Los sensores de peróxido de hidrógeno existentes se basan en proteínas llamadas factores de transcripción, tomados de microbios y diseñados para fluorescer cuando reaccionan con peróxido de hidrógeno. Sikes y sus colegas trataron de usarlos en células humanas pero descubrieron que no eran sensibles en el rango deestaban tratando de detectar el peróxido de hidrógeno, lo que los llevó a buscar proteínas humanas que pudieran realizar la tarea.
A través de estudios de la red de proteínas humanas que se oxidan con el aumento del peróxido de hidrógeno, los investigadores identificaron una enzima llamada peroxiredoxina que domina las reacciones de la mayoría de las células humanas con la molécula. Una de las muchas funciones de esta enzima es detectar cambios en los niveles de peróxido de hidrógeno.
Langford luego modificó la proteína al agregarle dos moléculas fluorescentes: una proteína fluorescente verde en un extremo y una proteína fluorescente roja en el otro extremo. Cuando el sensor reacciona con el peróxido de hidrógeno, su forma cambia, lo que hace que las dos proteínas fluorescentesmás cerca. Los investigadores pueden detectar si este cambio se ha producido al iluminar las células con luz verde: si no se ha detectado peróxido de hidrógeno, el brillo permanece verde; si hay peróxido de hidrógeno, el sensor se ilumina en rojo.
prediciendo el éxito
Los investigadores probaron su nuevo sensor en dos tipos de células cancerosas humanas: un conjunto que sabían que era susceptible a un fármaco redox llamado piperlongumina, y otro que sabían que no era susceptible. El sensor reveló que los niveles de peróxido de hidrógeno no cambiaron en elcélulas resistentes pero subieron en las células susceptibles, como esperaban los investigadores.
Sikes prevé dos usos principales para este sensor. Uno es examinar las bibliotecas de medicamentos existentes, o compuestos que potencialmente podrían usarse como medicamentos, para determinar si tienen el efecto deseado de aumentar la concentración de peróxido de hidrógeno en las células cancerosas. Otro uso potenciales evaluar a los pacientes antes de que reciban dichos medicamentos, para ver si los medicamentos tendrán éxito contra el tumor de cada paciente. Sikes ahora está siguiendo estos dos enfoques.
"Debe saber qué medicamentos contra el cáncer funcionan de esta manera, y luego qué tumores van a responder", dice ella. "Esos son dos problemas separados pero relacionados que deben resolverse para que este enfoque tenga un impacto práctico enla clínica."
La investigación fue financiada por la Haas Family Fellowship en Ingeniería Química, la National Science Foundation, una Samsung Fellowship y un Burroughs Wellcome Fund Career Award en la interfaz científica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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