Léo RamosTest múltiple: una célula electroquímica que se emplea para la detección simultánea de tres proteínas relacionadas con el cáncer de próstataLéo Ramos
Científicos brasileños que trabajan en el país y en el exterior están a punto de obtener una nueva generación de test de laboratorio destinados la detección precoz del cáncer, previa a que se torne identificable por medio de exámenes clínicos. En forma general, cuanto más pronto se descubre la enfermedad, mayor es la chance de éxito en el tratamiento e incluso, de cura. Los nuevos test serían cuatro, al menos, los cuales fueron desarrollados por equipos en São Paulo, São Carlos y en España, valiéndose de distintas estrategias tendientes detectar vestigios de tumores en muestras de sangre, orina y otros fluidos corporales. En caso de que se revelen eficientes en las próximas etapas de evaluación que aún deben atravesar, quizá puedan reemplazar, en situaciones específicas, a otros exámenes más invasivos, tales como biopsias y punciones, sirviendo como complemento de los análisis clínicos y de imágenes.
Los dos test que se encuentran en fase más avanzada de desarrollo fueron elaborados por el equipo de la genetista Anamaria Camargo en el Instituto Ludwig para la Investigaciones sobre el Cáncer (ILPC) y en el Centro de Oncología Molecular del Hospital Sirio Libanés (HSL), en São Paulo. Ambos se basan en el análisis genético de las características del tumor de cada paciente y representan un avance hacia la medicina personalizada, que prevé la posibilidad de realizar diagnósticos más precisos y tratamientos a medida para cada paciente. “La personalización se da en todas las áreas de la medicina, pero se encuentra más desarrollada en oncología, a causa de las bases genéticas presentes en el cáncer”, dice Camargo. En Brasil, este modelo, que depende de la identificación de la causa genética de las enfermedades (lea el reportaje), todavía es incipiente. Se está comenzando a implementarlo en algunos hospitales particulares y ahora cobra impulso en el estado de São Paulo con una iniciativa de cinco centros de investigación que convergen en un proyecto para lograr el avance de la medicina de precisión (lea el reportaje).
El primer test consiste en el análisis de un perfil genético para orientar la terapia del cáncer. Para la elaboración de este cuadro, los científicos cruzaron informaciones sobre las alteraciones genéticas recurrentes en los tumores humanos con informaciones acerca de las vías moleculares alteradas en los mismos y los blancos de las drogas que se emplean comúnmente en el tratamiento de la enfermedad. En total, seleccionaron 494 genes alterados con mayor frecuencia en diferentes tumores y que sirven como blanco para algún tipo de medicamento. “Ese perfil puede ser de ayuda como guía para el tratamiento, porque algunas de esas mutaciones provocan que el tumor sea sensible a ciertos compuestos”, explica Camargo.
Los centros avanzados para el tratamiento del cáncer, tales como el Memorial Sloan Kettering Cancer Center, en Nueva York, o el MD Anderson Cancer Center, en Texas, también poseen sus propios perfiles, cada uno con una cantidad diferente de genes. Y ya se encuentran a disposición para que sus médicos seleccionen la droga más eficaz para el tratamiento de cada paciente.
LÉO RAMOSEl portaobjetos que recibe muestras de ADN tumoral que serán secuenciadas en el Centro de Oncología Molecular del Hospital Sirio-LibanésLÉO RAMOS
El grupo de Camargo trabaja actualmente en la validación del perfil genético del Sirio Libanés. Los investigadores secuenciaron el material genético de los tumores de 12 pacientes del hospital y detectaron las mutaciones específicas de cada cáncer. “Hemos analizado siete casos y estamos finalizando la evaluación de otros cinco”, comenta la genetista. Por ahora, según la investigadora, el test elaborado en el Sirio-Libanés reveló un 100% de sensibilidad y un 100% de especificidad, y resultó tan bueno como otro más amplio, de 600 genes, desarrollado por la empresa estadounidense de análisis genómico Foundation Medicine, que ya se encuentra disponible en el mercado.
En otro estudio, el biomédico Luis Felipe Campesato y el bioinformático Pedro Galante, ambos del HSL, demostraron que el perfil del Sirio Libanés también podría utilizarse para encauzar el tratamiento del cáncer con un tipo de medicamentos disponibles recién en los últimos años: los inmunoterapéuticos.
Se trata de moléculas que estimulan al sistema de defensa para que ataque a las células tumorales y está obteniendo resultados alentadores contra algunos tipos de tumores, especialmente, los de piel y los de pulmón. “El tratamiento con esos fármacos resulta caro y sólo ayuda a algunos de los pacientes”, dice Camargo. Por eso es importante identificar a aquellos que van a responder”.
Mediante el uso de una estrategia de bioinformática, Campesato y Galante compararon la capacidad del perfil del Sirio-Libanés con el de la Foundation Medicine para asociar la cantidad de mutaciones (carga mutacional) de tumores de piel y de pulmón con respuesta a los inmunoterápicos. En un estudio publicado en el mes de octubre en la revista Oncotarget, ellos demostraron que ambos fueron tan eficientes como la secuenciación de todo el genoma humano.
De acuerdo con este trabajo, los inmunoterapéuticos resultaron eficientes para el 70% de los pacientes con cáncer de pulmón que presentaban una elevada cifra de alteraciones genéticas. En los casos exitosos, los pacientes permanecieron durante al menos seis meses libres del cáncer luego del tratamiento, y en la mitad de ellos no se registraban vestigios del tumor 18 meses después del uso de la medicación. En tanto, entre los individuos con pocas alteraciones genéticas, los compuestos funcionaron solamente en el 20% de los casos.
“Nuestro test se mostró viable desde el punto de vista científico, ahora se necesita demostrar que es aplicable en la práctica”, sostiene el bioquímico Luiz Fernando Lima Reis, superintendente de investigación del HSL. Antes de que puedan utilizarlo los médicos del hospital, se deberá superar una etapa de certificaciones y elevar su escala.
En simultáneo con el desarrollo del perfil de genes, el grupo de Camargo trabaja en la producción de un test individualizado para verificar si el tratamiento antitumoral está funcionando como se previó y para detectar la reincidencia de la enfermedad. Su equipo comenzó a trabajar en ese test a pedido del grupo de los cirujanos digestivos Angelita Habr-Gama y Rodrigo Oliva Perez, del Instituto Angelita y Joaquim Gama.
Al comienzo de los años 1990, Habr-Gama, una respetada investigadora y cirujana internacional, propuso una estrategia audaz y menos agresiva para el tratamiento de ciertos casos de cáncer de recto. La terapia modelo para el tratamiento de tumores en ese órgano consiste en la extirpación definitiva del segmento final del intestino, seguida de un tratamiento con base en radio y quimioterapia para evitar la reaparición del tumor. En busca de una opción que evitara la eliminación del órgano, ella invirtió el orden de la terapia y comenzó a tratar primero a sus pacientes con radiación y medicamentos, estudiando exhaustivamente los casos mediante exámenes por imágenes. De esa manera, logró evitar la cirugía en un 28% de los casos (lea en Pesquisa FAPESP, ediciones nº 162 y 195).
LÉO RAMOSPreparación del test para el cáncer de próstata: captura de biomarcadores proteicos en muestras de suero sanguíneo utilizando partículas magnéticasLÉO RAMOS
Ante el riesgo de que el cáncer resurja, Habr-Gama y Perez se unieron con Camargo para la elaboración de un examen molecular que permita detectar, lo más pronto posible, si el tratamiento funcionó o si el problema es reincidente. Y obtuvieron un test genético personalizado que se reveló viable, pero debe ser perfeccionado.
A partir de una muestra del tumor, los investigadores determinan las alteraciones genéticas específicas del paciente. Una vez finalizado el tratamiento combinado, solamente extraen muestras de sangre de tanto en tanto para determinar la cantidad de ADN tumoral circulante. En principio, esa estrategia debería posibilitar la detección de tumores residuales luego de la terapia, además de focos metastásicos no detectables mediante exámenes clínicos o por imágenes.
Una prueba piloto con cuatro pacientes con cáncer rectal reveló que el test todavía no fue tan sensible como imaginaban los investigadores inicialmente para detectar la enfermedad residual posterior a la terapia. Luego del tratamiento, no resultó capaz de detectar la denominada enfermedad residual mínima, una eventualidad en que queda menos del 10% del número inicial de células tumorales. Pero logró registrar la presencia del cáncer cuando esa cifra superaba el 20%. No obstante, el test se mostró bastante eficaz para evaluar la respuesta al tratamiento y detectar la mengua en el tamaño del tumor. Así es que pudo anticipar en 18 meses la progresión de la enfermedad y la detección clínica de metástasis.
Ese resultado, que también fue publicado en octubre en la revista Oncotarget, sugiere que el test tiene potencial como marcador de respuesta al tratamiento y para el monitoreo de la enfermedad luego de la intervención terapéutica. Los niveles de ADN tumoral en sangre disminuyeron en el caso en que la terapia combinada de radiación y fármacos funcionó. Y aumentaron en los dos pacientes en los que el tumor volvió a crecer.
“Los datos sugieren que la cantidad de material genético alterado en la circulación es proporcional al tamaño del tumor”, relata Lima Reis. El equipo del hospital se propone ahora utilizar el test con otros 20 pacientes del Sirio-Libanés.
Mientras los científicos de la capital buscan la forma de detectar tumores a partir de su material genético diluido en sangre, en São Carlos, el químico Ronaldo Censi Faria trabaja para perfeccionar la precisión del test sanguíneo que se emplea para realizar el diagnóstico inicial de los tumores de próstata. Censi Faria es docente del Departamento de Química de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), y desarrolló un sensor que identifica simultáneamente tres proteínas sanguíneas asociadas al cáncer de próstata.
En la actualidad, el análisis hematológico que se utiliza para detectar alteraciones en la próstata sólo mide los niveles del antígeno prostático específico (PSA) y puede indicar la presencia de un tumor antes de registrarse los síntomas clínicos del cáncer. El problema radica en que hay casos de la enfermedad en que el PSA no se altera y otros casos en que su nivel resulta elevado sin que exista tumor. “Por eso trabajamos con la detección del PSA, del antígeno de membrana específico de la próstata (PSMA) y del factor plaquetario 4 (PF-4), para un diagnóstico más preciso”, aclara Faria. “La idea consiste en disminuir el riesgo de falsos resultados”.
El químico comenzó a desarrollar el sensor entre 2011 y 2012, durante una pasantía de posdoctorado en la Universidad de Connecticut, en Estados Unidos. La detección de los biomarcadores se produce por medio de la emisión de luz, resultado de una reacción química (electroquimioluminiscencia). En el dispositivo, la intensidad de luz es proporcional a la concentración de las proteínas en sangre. El sensor posee electrodos descartables de grafito sobre los cuales se depositan anticuerpos. Cuando uno de los tres biomarcadores interactúa con los anticuerpos se produce una reacción química que genera luz.
LÉO RAMOSEl sensor desarrollado en la UFSCar: electrodos descartables de grafito sobre los cuales se depositan los anticuerpos contra biomarcadores del cáncerLÉO RAMOS
La química brasileña Priscila Monteiro Kosaka, del Instituto de Microelectrónica de Madrid (IMM), en España, desarrolló otro tipo de dispositivo denominado sensor nanomecánico. El mismo está compuesto de silicio y presenta la forma de un trampolín de piscina, es decir, similar a una base y una “tabla”, cuyo tamaño no supera el medio milímetro. “Cada trampolín vibra en una determinada frecuencia de resonancia”, explica Monteiro. “Pero cuando algo se deposita en su superficie, esa frecuencia de resonancia se modifica en forma proporcional a la masa adherida”. Si la muestra de sangre contiene el biomarcador del cáncer, se producen dos alteraciones en el sensor: su frecuencia de resonancia se altera y la muestra cambia de color.
Tanto Faria como Monteiro sostienen que sus dispositivos son más sensibles y precisos que los métodos de diagnóstico existentes. “En el sistema que desarrollamos, los límites de detección llegan a ser mil veces menores que los del test Elisa, en concentraciones del orden de femtogramos por mililitro”, asegura Faria. “Eso permite que se realice una gran dilución del suero humano, lo cual conduce a un menor consumo de muestras y minimiza posibles interferencias”.
Además, Faria dice que el sensor que desarrolló detecta más de un biomarcador simultáneamente. “Al utilizar tan sólo el PSA como indicador para el cáncer de próstata, la cantidad de falsos positivos y negativos llega al 40%”, explica. “La detección múltiple, empleando tres proteínas diferentes, hará posible un diagnóstico más preciso”.
Monteiro también asegura que su nanosensor es muy sensible y específico. “En los ensayos de laboratorio simulando una muestra de sangre, se registraron dos errores por cada 10 mil pruebas”, sostiene. “Nuestro método es capaz de detectar el biomarcador aunque su concentración no sobrepase las 100 moléculas en una muestra de sangre”.
A causa de la gran sensibilidad y especificidad de esos dispositivos y dado su bajo costo, se los podrá utilizar en análisis hematológicos de rutina, opina Faria. “Eso podría impactar en la salud pública, porque las posibilidades de cura, en el caso del cáncer, son mayores cuando ese diagnóstico es precoz, sumado a que los costos del tratamiento serían mucho menores”, dice.
La mala noticia es que eso no ocurrirá inmediatamente. “Podría demorar todavía unos 10 años en salir al mercado”, estima Monteiro. “Nuestra meta es un nanosensor ultrasensible y de bajo costo”. Simultáneamente, Faria no sabe cuándo podrá emplearse su dispositivo en los servicios de salud. “El sistema debe estudiarse mejor hasta lograr un producto final que pueda utilizarse en hospitales y clínicas”, reconoce. “Se debe investigar más en lo referente a la detección de varias proteínas simultáneamente y a la automatización del método”.
A juicio del químico Emanuel Carrilho, experto en bioanalítica del Instituto de Química de São Carlos, en la Universidad de São Paulo (USP), ambos tipos de sensores son prometedores. “Se trata de plataformas diferentes, con biosensores distintos, pero el gran interés que presentan radica en su capacidad de multiplexión, es decir, la posibilidad de detectar varios biomarcadores en un solo análisis”, dice. “La multiplexión permitiría un diagnóstico completo, que revelará si hay cáncer y cuál es su tipo”.
Otro aspecto importante que destacó es el uso de nanopartículas, que amplifican las señales de los dispositivos. Para Carrilho, quien también es investigador del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Bioanalítica (INCTBio), el desafío de los nuevos sensores consisten en que cuenten con anticuerpos para todos los tipos de cáncer.
Proyectos
1. Tratamiento neoadyuvante en cáncer de recto: identificación de una firma génica capaz de predecir la respuesta al tratamiento y desarrollo de biomarcardores personalizados para detectar la enfermedad residual mínima (nº 2011/50684-8); Modalidad Apoyo a la Investigación – Regular; Investigadora responsable Anamaria Camargo (ILPC); Inversión R$ 361.226,21
2. Desarrollo de biosensores para la determinación de biomarcadores proteicos apuntando a su aplicación en el diagnóstico precoz y monitoreo del cáncer (nº 2011/02259-6); ModalidadBeca en el Exterior; Becario Ronaldo Censi Faria (UFSCar); Inversión R$ 10.780,00 y US$ 35.400,00
Artículos científicos
CARPINETI, P. et al. The use of personalized biomarkers and liquid biopsies to monitor treatment response and disease recurrence in locally advanced rectal cancer after neoadjuvant chemoradiation. Oncotarget. 6 oct. 2015.
CAMPESATO, L. F. et al. Comprehensive cancer-gene panels can be used to estimate mutational load and predict clinical benefit to PD-1 blockade in clinical practice. Oncotarget. 1º de oct. 2015.
KADIMISETTY, K. et al. 3D-printed supercapacitor-powered electrochemiluminescent protein immunoarray. Biosensors and Bioelectronics. v. 77, p. 188-93. mar. 2016.
