Detección precoz del cáncer: la IA ayuda
Las células sanguíneas revelan tumores en el organismo: los investigadores logran un avance con el desarrollo de una prueba para el diagnóstico precoz del cáncer
La capacidad de detectar un tumor en desarrollo en una fase muy temprana y de seguir de cerca el éxito o el fracaso de la terapia del cáncer es crucial para la supervivencia del paciente. Los investigadores del Instituto Paul Scherrer (ISP) han logrado un gran avance en ambos aspectos. Los investigadores dirigidos por G.V. Shivashankar, jefe del Laboratorio de Biología a Nanoescala del PSI y profesor de Mecano-Genómica en la ETH de Zúrich, han podido demostrar que los cambios en la organización del núcleo celular de algunas células sanguíneas pueden proporcionar una indicación fiable de la presencia de un tumor en el organismo. Con su técnica -que utiliza inteligencia artificial-, los científicos fueron capaces de distinguir entre personas sanas y enfermas con una precisión de alrededor del 85 por ciento. Además, lograron determinar correctamente el tipo de enfermedad tumoral: melanoma, glioma o tumor de cabeza y cuello. "Es la primera vez que alguien, en todo el mundo, lo consigue", se alegra Shivashankar. Los investigadores han publicado sus resultados en la revista npj Precision Oncology.
Las células tumorales se delatan a sí mismas
Detectar el cáncer en el organismo o controlarlo durante la terapia suele llevar mucho tiempo, y a menudo estos procedimientos sólo se llevan a cabo en una fase tardía, cuando los signos se hacen evidentes. Por eso, los científicos que se dedican a la investigación fundamental buscan técnicas que sean fáciles de utilizar en la práctica clínica diaria, además de fiables y sensibles. El grupo de investigación de Shivashankar se centró en los linfocitos y monocitos, las células mononucleares de la sangre periférica. Son fáciles de obtener con una simple muestra de sangre y tienen un núcleo redondo fácil de ver al microscopio. Los investigadores pensaron que el material genético reaccionaba a las sustancias liberadas por el tumor en el torrente sanguíneo, el llamado secretoma. Esto activa la llamada cromatina en los núcleos de las células sanguíneas y altera así la organización del material genético que contiene. Esto puede servir como indicador o biomarcador. "Nuestra hipótesis era que las células sanguíneas actúan como detectores de tumores, y eso nos llevó muy lejos", explica Shivashankar.
La inteligencia artificial ayuda en el diagnóstico
Los investigadores utilizaron microscopía de fluorescencia para examinar la cromatina de las células sanguíneas, término que designa el material genético ADN empaquetado en una bola enmarañada. Registraron unas 200 características distintas en total, como la textura externa, la densidad de empaquetamiento y el contraste de la cromatina en los linfocitos o monocitos. Introdujeron imágenes microscópicas de muestras de participantes sanos y enfermos en un sistema de inteligencia artificial (IA). Para ello emplearon el "aprendizaje supervisado", que se utiliza para enseñar diferencias conocidas al software. En el enfoque posterior de "aprendizaje profundo", el propio algoritmo identificó diferencias entre células "sanas" y "enfermas" que no serían perceptibles para un observador humano.
El grupo de investigación adoptó tres enfoques diferentes. En una serie inicial de experimentos, los investigadores estudiaron si la técnica podía distinguir a los sujetos de control sanos de los que padecían la enfermedad. Para ello, compararon las células sanguíneas de diez enfermos de cáncer con las de diez personas sanas. El sistema de inteligencia artificial fue capaz de distinguir a los pacientes sanos de los enfermos de cáncer con una precisión del 85%. "Incluso el análisis de una sola célula individual arbitraria se llevó a cabo con un nivel de precisión muy alto", afirma Shivashankar. Un segundo enfoque consistió en determinar si el sistema de IA podía distinguir entre distintos tipos de tumores. Para ello, los investigadores alimentaron el algoritmo con los datos de cromatina de las células sanguíneas de diez pacientes con un glioma (tumor del tejido de sostén de las células nerviosas), un meningioma (tumor de las membranas que protegen el cerebro y la médula espinal) y un tumor de cabeza y cuello. También este experimento resultó un éxito. La precisión de las asignaciones fue superior al 85%. Por último, una tercera pregunta se refería a los pacientes que recibían o habían recibido tratamiento en el Centro de Terapia de Protones CPT del PSI.
Damien Weber, director y médico jefe del ZPT, ve un gran potencial en el método de diagnóstico y pidió permiso a 150 de sus pacientes para analizar sus muestras de sangre para el estudio: "Esperamos que el nuevo método pueda mejorar tanto el diagnóstico como el seguimiento del éxito del tratamiento".
Para determinar el éxito de la intervención, los científicos tomaron muestras de sangre antes, durante y después de la radioterapia. También en este caso el software funcionó con éxito y asignó correctamente los patrones con un nivel de precisión muy elevado. Se esperaba que el tratamiento redujera la concentración y acumulación de señales tumorales en la sangre, y así fue, y el aspecto del material genético de las células sanguíneas se normalizó. "Fue asombroso observar cómo la estructura de la cromatina se acercaba al patrón sano durante el curso del tratamiento", afirma Shivashankar con satisfacción.
Son concebibles muchas aplicaciones en el diagnóstico y la terapia de tumores
Desde el punto de vista del biólogo y sus colegas, la nueva técnica basada en la cromatina de las células sanguíneas es aplicable no sólo a los tumores que estudiaron, sino también a muchos tipos diferentes de cáncer. Y puede que no se limite al seguimiento de la terapia de protones, sino que sea aplicable también a muchas otras formas de terapia, incluida la radioterapia en general, la quimioterapia y las intervenciones quirúrgicas. Para determinar si esto es cierto o no, habrá que seguir investigando. Como se describe en un artículo publicado en la revista Scientific Reports, el grupo de Shivashankar y sus colaboradores del Centro de Ciencias Radiofarmacéuticas (CRS) del PSI ya han comprobado si los biomarcadores de la cromatina pueden utilizarse para detectar células resistentes a la radiación y la quimioterapia. Queda mucho trabajo por hacer antes de que las autoridades reguladoras aprueben el uso de la nueva técnica en la práctica clínica, sobre todo estudios con un mayor número de participantes para determinar cuán elevadas son las cifras de falsos positivos y falsos negativos en condiciones clínicas. Shivashankar no tiene dudas sobre el camino hacia la aplicación clínica ni sobre la perspectiva de que los pacientes se beneficien de la técnica: "El método se mantiene", afirma.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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