Lentes de contacto inteligentes para el diagnóstico y la detección del cáncer
Científicos del Instituto Terasaki de Innovación Biomédica (TIBI) han desarrollado una lente de contacto capaz de capturar y detectar exosomas, vesículas de tamaño nanométrico que se encuentran en las secreciones corporales y que tienen el potencial de ser biomarcadores de diagnóstico del cáncer. La lente se ha diseñado con microcámaras unidas a anticuerpos que pueden capturar los exosomas que se encuentran en las lágrimas. Esta lente de contacto con microcámaras de señalización conjugadas con anticuerpos (ACSM-CL) puede teñirse para su detección con anticuerpos específicos marcados con nanopartículas para su visualización selectiva. Esto ofrece una plataforma potencial para el cribado previo del cáncer y una herramienta de diagnóstico de apoyo que es fácil, rápida, sensible, rentable y no invasiva.
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Los exosomas se forman dentro de la mayoría de las células y se secretan en muchos fluidos corporales, como el plasma, la saliva, la orina y las lágrimas. Aunque se pensaba que eran el vertedero de materiales no deseados de sus células de origen, ahora se sabe que los exosomas pueden transportar diferentes biomoléculas entre las células. También se ha demostrado que existe una gran cantidad de proteínas de superficie en los exosomas, algunas comunes a todos ellos y otras que aumentan en respuesta al cáncer, las infecciones víricas o las lesiones. Además, los exosomas derivados de los tumores pueden influir fuertemente en la regulación, la progresión y la metástasis del tumor.
Debido a estas capacidades, ha habido mucho interés en utilizar los exosomas para el diagnóstico del cáncer y la predicción del pronóstico y el tratamiento. Sin embargo, esto se ha visto obstaculizado por la dificultad de aislar los exosomas en cantidad y pureza suficientes para este fin. Los métodos actuales implican una tediosa y larga ultracentrifugación y gradientes de densidad, cuya duración es de al menos diez horas. Otras dificultades se plantean en la detección de los exosomas aislados; los métodos comúnmente utilizados requieren equipos caros y que ocupan mucho espacio.
El equipo de TIBI ha aprovechado su experiencia en el diseño y la fabricación de biosensores de lentes de contacto para eliminar la necesidad de estos métodos de aislamiento, ideando su ACSM-CL para capturar exosomas de las lágrimas, una fuente óptima y más limpia de exosomas que la sangre, la orina y la saliva.
También facilitaron y optimizaron la preparación de su ACSM-CL mediante el uso de enfoques alternativos. Al fabricar las microcámaras para su lente, el equipo utilizó un método de corte y grabado directo con láser en lugar del moldeado convencional para la retención estructural tanto de las cámaras como de la lente.
Además, el equipo introdujo un método que modificaba químicamente las superficies de las microcámaras para activarlas para la unión de anticuerpos. Este método se utilizó en lugar de los enfoques estándar, en los que deben utilizarse materiales metálicos o de nanocarbono en costosas salas limpias.
A continuación, el equipo optimizó los procedimientos de unión de un anticuerpo de captura a las microcámaras ACSM-CL y de un anticuerpo de detección diferente (control positivo) a nanopartículas de oro que pueden visualizarse espectroscópicamente. Ambos anticuerpos son específicos para dos marcadores de superficie diferentes que se encuentran en todos los exosomas.
En un experimento de validación inicial, el ACSM-CL se probó contra exosomas secretados en sobrenadantes de diez líneas celulares de tejidos y de cáncer diferentes. La capacidad de capturar y detectar exosomas fue validada por los cambios espectroscópicos observados en todas las muestras de prueba, en comparación con los controles negativos. Se obtuvieron resultados similares cuando se probó el ACSM-CL con diez muestras de lágrimas diferentes recogidas de voluntarios.
En los experimentos finales, los exosomas en sobrenadantes recogidos de tres líneas celulares diferentes con diferentes expresiones de marcadores de superficie se probaron contra el ACSM-CL, junto con diferentes combinaciones de anticuerpos de detección específicos de los marcadores. Los patrones resultantes de detección y no detección de exosomas de las tres líneas celulares diferentes fueron los esperados, validando así la capacidad del ACSM-CL para capturar y detectar con precisión exosomas con diferentes marcadores de superficie.
"Los exosomas son una rica fuente de marcadores y biomoléculas que pueden ser objeto de varias aplicaciones biomédicas", dijo el doctor Ali Khademhosseini, director y consejero delegado de TIBI. "La metodología que ha desarrollado nuestro equipo facilita enormemente nuestra capacidad de aprovechar esta fuente".
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