La metástasis, la propagación del cáncer desde un tumor primario a otras partes del cuerpo, es difícil de estudiar en el laboratorio, en parte porque los investigadores carecen de métodos fiables para recrear las condiciones que enfrentan las células cancerosas al viajar por el torrente sanguíneo.
Bioingenieros de la Universidad de Rice han desarrollado una nueva plataforma diseñada para agilizar uno de los principales desafíos de la investigación sobre metástasis: llamada Sistema Avanzado de Análisis del Paisaje Tumoral (ATLAS), la plataforma facilita la generación de grandes cantidades de grupos de células cancerosas que modelan con precisión las involucradas en la metástasis. Utilizando la plataforma, el equipo de Rice obtuvo nuevos conocimientos sobre los mecanismos que permiten a los grupos de células cancerosas sobrevivir en el torrente sanguíneo durante el proceso metastásico.
Desarrollado en el laboratorio de Michael King, profesor E.D. Butcher de Bioingeniería de Rice, ATLAS se basa en trabajos anteriores con superficies superhidrofóbicas, es decir, materiales que repelen fuertemente el agua. Cuando se colocan gotas que contienen células sobre estas superficies, se agrupan en lugar de extenderse, lo que anima a las células a adherirse entre sí y producir grupos tridimensionales.
“La metástasis aún no se comprende bien porque faltan técnicas de laboratorio adecuadas para recrear este proceso complejo”, afirmó King, investigador del Instituto de Prevención y Investigación del Cáncer de Texas, que también es asesor especial del rector para las colaboraciones en ciencias de la vida con el Texas Medical centre.
El laboratorio de King ha estado trabajando durante años en nuevos enfoques de alto rendimiento para crear grupos de células cancerosas, tanto por sí solas como junto con células estromales, que no son cancerosas pero se encuentran con frecuencia en el microentorno tumoral. Para estudiar lo que sucede durante el proceso metastásico, los investigadores exponen estos modelos a condiciones que se asemejan estrechamente a las del cuerpo, ya sea a través de modelos animales o experimentos de flujo sanguíneo de laboratorio.
En comparación con los métodos anteriores, ATLAS requiere menos tiempo de implementación y cuesta menos producirlo. Utiliza matrices de micropoços impresas en 3D que se tratan para crear el mismo tipo de efecto repelente al agua que se observa en la naturaleza, como en una hoja de loto.
“La forma en que esto se logra, tanto en la naturaleza como en el laboratorio, es crear una superficie que sea rugosa a nivel nanoscópico y luego recubrir las protuberancias nanoscópicas con una sustancia no humectante como el teflón o la cera”, explicó Alexandria Carter, estudiante de doctorado en el laboratorio de King y primera autora del estudio. “Aquí, lo logramos por primera vez a través de la impresión 3D, lo que significa que el método es escalable y fácilmente adaptable por otros laboratorios”.
Profundizando en el desarrollo del método y realizando pruebas reales, los investigadores utilizaron ATLAS para crear grupos de células de cáncer de próstata, incluidos los que contienen un tipo de célula estromal llamada fibroblastos asociados al cáncer, o CAF. Las pruebas revelaron que los grupos de células cancerosas tienen más probabilidades de sobrevivir cuando viajan en grupo, especialmente cuando están presentes los CAF. Estas células de soporte ayudan activamente a las células cancerosas a resistir las tensiones de la circulación y a seguir creciendo.
“Uno de los elementos más interesantes de nuestro artículo es que no solo informa sobre un nuevo método experimental para que otros investigadores lo utilicen, sino que también informa sobre nuevos resultados biológicos fundamentales”, dijo Carter. “Quizás en el futuro, la próxima generación de fármacos contra el cáncer de próstata se dirigirá a estos ‘escoltas’ CAF como una forma de prevenir la metástasis”.
Carter completó recientemente el programa Rice Innovation Fellows y está trabajando en la creación de una empresa de nueva creación llamada Bionostic para comercializar ATLAS. Dirigido por el Liu Idea Lab for Innovation and Entrepreneurship (Lilie) de Rice, el programa capacita a estudiantes de doctorado e investigadores postdoctorales para traducir su investigación en soluciones innovadoras para problemas del mundo real.
Kyle Judah, director ejecutivo de Lilie, dijo: “Un requisito previo para llevar la investigación más allá del laboratorio es tener una profunda pasión por el espacio problemático, y Carter es el ejemplo perfecto de un ingeniero excepcionalmente motivado y comprometido que está haciendo realidad esta idea”.
Los modelos que son realistas y prácticos hacen posible la investigación que de otro modo llevaría más tiempo y sería más costosa de llevar a cabo.
“ATLAS facilita el estudio de uno de los aspectos más peligrosos del cáncer”, afirmó King.