Detectan genes mutantes del cáncer con una sensibilidad del 0.000000001%
Científicos presentan la tecnología más sensible del mundo para detectar en la sangre genes mutantes del cáncer.
Por Enrique Coperías
Una tecnología basada en nanomateriales plasmónicos consigue detectar genes cancerosos con una alta fiabilidad. Imagen generada con DALL-E
Los doctores Min-young Lee y Sung-gyu Park, de la División de Investigación de Materiales Biológicos y Sanitarios Avanzados del The Korea Institute of Materials Science (KIMS), en Corea del Sur, han desarrollado una tecnología capaz de detectar genes mutantes del cáncer en muestras de sangre con la mayor sensibilidad del mundo: 0,000000001%.
La tecnología usada está basada en nanomateriales plasmónicos para la amplificación óptica de señales. Los nanomateriales plasmónicos son materiales a escala nanométrica que exhiben propiedades plasmónicas debido a sus interacciones con la luz. Estos materiales suelen ser metales, como el oro o la plata, y tienen la capacidad de resonar con la luz en longitudes de onda específicas, creando fenómenos ópticos únicos.
Cuando los electrones libres en estos nanomateriales se excitan con la luz, se produce un fenómeno llamado resonancia plasmónica de superficie. Esta resonancia puede intensificar la luz a escalas muy pequeñas, lo que tiene aplicaciones en diversas áreas biomédicas como son las imágenes médicas, pues mejoran la calidad de las imágenes por contraste; y la fototerapia, para tratar enfermedades como el cáncer.
Muestras de sangre de pacientes con cáncer de pulmón
En este sentido, el equipo surcoreano analizó muestras de sangre de pacientes con cáncer de pulmón (estadios 1-4) y personas sanas para detectar mutaciones del gen EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor), y logró una precisión diagnóstica del 96%.
No hay que olvidar que el gen EGFR dirige la síntesis —o codifica— de una proteína que es un receptor de la superficie celular, importante en la regulación de crecimiento y proliferación celular. Este receptor se activa cuando se une a su ligando, el factor de crecimiento epidérmico (EGF), lo que desencadena una cascada de señales dentro de la célula que promueve la división celular y la supervivencia.
Diagrama de la tecnología basada en nanoplasmónica 3D para detectar genes mutantes en muestras de sangre. Crédito: Instituto Coreano de Ciencia de Materiales (KIMS)
Mutaciones en el gen EGFR a veces conduce a una sobreexpresión o activación constitutiva del receptor, lo que puede degenerar en una proliferación celular descontrolada. Estas mutaciones están asociadas con varios tipos de cáncer, como el de cabeza y cuello y el cáncer de pulmón no microcítico. Precisamente, la mutación del gen EGFR se encuentra en alrededor del 15% de pacientes con cáncer de pulmón no microcítico, una cifra que puede aumentar hasta más del 30% en descendientes asiáticos orientales.
En solo una hora
Las tecnologías de análisis genético utilizadas hasta ahora tenían una baja sensibilidad analítica para detectar genes mutados en comparación con los genes normales, lo que dificultaba el diagnóstico preciso de los pacientes con cáncer en fase inicial. Además, era difícil establecer una estrategia de tratamiento rápido y aplicarla a las pruebas de cribado debido al elevado coste y al largo tiempo que requerían los análisis, así como a la necesidad de equipos especiales.
Para superar estos retos, el equipo de investigación del KIMS desarrolló una tecnología de análisis de bajo coste que puede analizar diversas mutaciones cancerígenas dentro de la región génica diana en el plazo de una hora y con una sensibilidad ultraelevada del 0,000000001%.
Esta tecnología ostenta el nivel de sensibilidad más alto del mundo, que es 100.000 veces mejor que el nivel más alto de 0,0001% entre las tecnologías reportadas, y gracias a ello se confirmó la posibilidad de un diagnóstico precoz utilizando la sangre de pacientes con cáncer de pulmón.
Esta apuesta de diagnóstico genético combina la tecnología de nanomateriales, que mejora significativamente la señal de fluorescencia, y el diseño de cebadores/sondas, que suprime la señal de fluorescencia de los genes normales y amplifica únicamente la señal de fluorescencia de los genes mutantes del cáncer.
Un biochip con forma de micromatriz
Esto se debe a que la detección precisa de incluso cantidades muy pequeñas de genes mutados del cáncer requiere no solo una tecnología de expresión de señal fluorescente potente, sino también una discriminación precisa de las señales fluorescentes finas.
El equipo fabricó un biochip en forma de micromatriz capaz de detectar simultáneamente tres genes mutantes del EGFR —deleción, inserción y mutaciones puntuales— en un sustrato plasmónico hecho de nanoestructuras de oro tridimensionales de alta densidad.
Tras evaluar el rendimiento clínico de 43 pacientes con cáncer de pulmón (estadios 1 a 4) y cuarenta grupos de personas sanas, se confirmó una sensibilidad clínica del 93% para los pacientes con cáncer de pulmón y una especificidad clínica del 100% para el grupo normal.
Biopsia líquida vs. biopsia quirúrgica
Esta tecnología puede desempeñar un papel importante no solo en el diagnóstico precoz y la detección de recidivas del cáncer, esto es su reaparición después de padecido, sino también en el seguimiento de la eficacia del tratamiento y el establecimiento de planes de tratamiento personalizados.
Además, la biopsia líquida con sangre es posible como alternativa a la biopsia quirúrgica de tejido, lo que reduce la carga para los pacientes y simplifica el proceso de examen médico. También puede servir como prueba de cribado periódica, y, en última instancia, mejorar la calidad de la gestión y el tratamiento del cáncer.
«Dado que es capaz de detectar de forma exhaustiva diversas mutaciones cancerosas con el nivel más alto del mundo de sensibilidad ultraalta, puede convertirse en un actor principal en el mercado del diagnóstico precoz y el tratamiento del cáncer y la monitorización de las recidivas —explica Min-young Lee, investigador principal del estudio, que ha sido publicado en Small Science. Y añade—: Esperamos que esto mejore enormemente la tasa de supervivencia y la calidad de vida de los pacientes con cáncer». ▪️
Información facilitada por el Korea Institute of Materials Science(KIMS)
Fuente: Ji Young Lee, Byeong-Ho Jeong, Ho Sang Jung, Taejoon Kang, Yeonkyung Park, Jin Kyung Rho, Sung-Gyu Park, Min-Young Lee. Highly Sensitive 3D-Nanoplasmonic-Based Epidermal Growth Factor Receptor Mutation Multiplex Assay Chip for Liquid Biopsy. Small Science (2024). DOI: https://doi.org/10.1002/smsc.202400101
