La TC de dosis baja, la técnica de referencia para diagnosticar el cáncer de pulmón en grupos de riesgo, ha reducido las muertes por cáncer de pulmón entre un 20% y un 25% en ensayos clínicos. Sin embargo, el acceso a esta tecnología de detección puede ser limitado en entornos de escasos recursos, lo que genera una mortalidad desproporcionadamente alta por cáncer de pulmón en dichas regiones. Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) esperan abordar esta desigualdad en la detección temprana del cáncer de pulmón con el desarrollo de una prueba sencilla basada en la inhalación de sensores de nanopartículas.
La nueva prueba de detección, descrita en Science Advances, es una plataforma de diagnóstico sin agujas llamada PATROL que integra tres módulos: nanosensores basados en actividad (ABN); una unidad de inhalación portátil; y un ensayo de flujo lateral en papel multiplexable (LFA).
Los ABN están hechos de nanopartículas poliméricas acopladas con informadores, como códigos de barras de ADN sintético, a través de sustratos peptídicos. Para identificar un conjunto mínimo de sondas con alto poder predictivo, los investigadores examinaron una biblioteca de péptidos candidatos que se escinden tras la exposición a proteasas asociadas al cáncer. Seleccionaron 20 péptidos como nanosensores potenciales y realizaron pruebas en ratones para identificar una combinación de cuatro ABN que probablemente proporcionaran resultados de diagnóstico precisos.
Para someterse a una prueba de detección, el paciente inhala los ABN, que están formulados en aerosoles del tamaño de una micra para optimizar su depósito en los pulmones. Si estos nanosensores encuentran biomarcadores de cáncer, como proteasas asociadas al cáncer de pulmón, los códigos de barras de ADN se escinden de la partícula y se liberan a la circulación, donde finalmente se concentran en la orina. Estos reporteros pueden luego detectarse mediante una prueba de orina basada en LFA.
Para analizar rápidamente muestras de orina sin la necesidad de equipos de laboratorio complejos, el equipo desarrolló LFA que pueden cuantificar los cuatro códigos de barras de ADN diferentes en una sola tira de papel a temperatura ambiente. Y como los nanosensores se administran mediante un nebulizador o un inhalador portátil, los pacientes pueden autoadministrarse la prueba PATROL en casa.
“Realmente estábamos presionando para que este ensayo estuviera disponible en el punto de atención en un entorno de bajos recursos, por lo que la idea era no realizar ningún procesamiento de muestra, no hacer ninguna amplificación, solo poder colocar la muestra directamente en el papel. y léelo en 20 minutos”, dice el autor principal Sangeeta Bhatia En un comunicado de prensa.
Los investigadores señalan que PATROL podría tener un impacto particularmente significativo en los países de ingresos bajos y medios que no tienen una disponibilidad generalizada de escáneres CT. "Nuestro objetivo era proporcionar un método que pueda detectar el cáncer con alta especificidad y sensibilidad, y también reducir el umbral de accesibilidad, de modo que, con suerte, podamos mejorar la disparidad de recursos y la inequidad en la detección temprana del cáncer de pulmón", añade el coautor principal. Qian Zhong.
In vivo evaluación
Los investigadores probaron si los nanosensores pueden detectar el cáncer de pulmón en ratones, examinando animales 7.5 semanas después de que los tumores comenzaron a formarse (probablemente en correlación con el cáncer en etapa 1 o 2 en humanos). Señalan que, si bien los inhaladores de polvo seco ofrecen una deposición superior en los pulmones profundos en humanos, se activan con la respiración y no son adecuados para roedores. Entonces, colocaron a los ratones en una torre de inhalación y los expusieron a nanosensores nebulizados.
Dos horas después de la inhalación de ABN, los investigadores recogieron muestras de orina de los animales y cuantificaron a los reporteros mediante espectrometría de masas. Descubrieron que los sustratos expuestos al microambiente del tumor arrojaban los códigos de barras de ADN a la circulación, y que las señales urinarias de los cuatro reporteros diferían entre ratones sanos y portadores de tumores. El uso de métodos algorítmicos no supervisados permitió diferenciar todos los ratones con tumores de sus homólogos sanos.
Llegaron a la conclusión de que los ABN inhalables "demuestran un gran poder para la detección temprana del adenocarcinoma de pulmón autóctono de ratón".
Inhala y detecta
Finalmente, los investigadores probaron el rendimiento de toda la plataforma PATROL de “inhalar y detectar”. Sintetizaron ABN codificados por ADN de aproximadamente 15 nm de diámetro y utilizaron el mismo modelo de ratón con cáncer de pulmón y el mismo suministro con nebulizador para validar la detección del indicador de ADN urinario utilizando el LFA.
La comparación de la concentración urinaria de cada código de barras reveló diferencias significativas en la escisión de tres de las sondas informadas (pero no de la cuarta) entre ratones sanos y con cáncer. Las lecturas urinarias detectadas con LFA mostraron relaciones señal-ruido similares a las mediciones de espectroscopía de masas. Una vez más, los algoritmos de agrupamiento no supervisados podrían clasificar a todos los ratones con cáncer de pulmón en etapa temprana.
El análisis de las características operativas del receptor (ROC) mostró que tres de las sondas actuaron como clasificadores individuales competentes, con valores de área bajo la curva ROC (AUC) de 0.82, 0.88 y 0.85. La combinación de las cuatro sondas aumentó el AUC a 0.93. Con una especificidad del 100%, la LFA detectó marcadores de ADN con una sensibilidad del 75.2%, comparable a la de la micro-CT.
La detección del cáncer de pulmón aumenta drásticamente la supervivencia a largo plazo
El equipo también examinó el perfil de seguridad de los ABN inhalables y no observó toxicidad general ni obstrucción de la vasculatura en ratones siete días después de administrar una dosis única de ABN mediante nebulización.
"En conjunto, PATROL tiene un gran potencial clínico no sólo para lograr una detección sensible y específica del cáncer de pulmón en etapas tempranas, sino también para permitir una fácil implementación en entornos con recursos limitados", concluyen los investigadores. A continuación, planean analizar muestras de biopsias humanas para ver si los paneles de sensores también pueden detectar cánceres humanos, y con suerte, seguido de ensayos clínicos en pacientes humanos.
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- Fuente: https://physicsworld.com/a/inhalable-nanosensors-could-increase-access-to-lung-cancer-screening/
