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A medida que los tumores crecen en un órgano, también liberan células que ingresan al torrente sanguíneo. Estas células pueden viajar a otros órganos y producir nuevos tumores llamados metástasis.
Los ingenieros del MIT han desarrollado una técnica que, por primera vez, les permite medir la tasa de generación de estas células tumorales circulantes (CTC) en ratones. Su enfoque, que también revela cuánto tiempo sobreviven las CTC una vez que se liberan en el torrente sanguíneo, podría ayudar a los científicos a aprender más sobre cómo se propagan los diferentes tipos de cáncer en el cuerpo.
«Al intercambiar sangre entre ratones mientras contamos las CTC en tiempo real, obtuvimos una medida directa de la rapidez con la que las CTC ingresan a la circulación y cuánto tardan en eliminarse», explica Scott Manalis, profesor de ingeniería de David H. Koch. en los departamentos de ingeniería biológica y mecánica, miembro del Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer y autor principal del estudio.
Usando su nuevo sistema, los investigadores pudieron estudiar las CTC de tumores pancreáticos, así como dos tipos de tumores pulmonares.
El estudiante de posgrado Alex Miller y Bashar Hamza PhD ’20, un científico visitante en el Instituto Koch, son los autores principales del artículo, que aparece hoy en Comunicación de la naturaleza.
Captura células raras
Las células tumorales circulantes son raras en los pacientes: un mililitro de sangre puede contener entre una y diez de estas células. En los últimos años, los investigadores han desarrollado estrategias para capturar estas células esquivas, que pueden proporcionar mucha información sobre el tumor de un paciente e incluso ayudar a los médicos a rastrear la respuesta de un tumor al tratamiento.
“Las células tumorales circulantes son atractivas porque se pueden obtener de la sangre y proporcionan una ventana al tumor. Es mucho más fácil que tomar una biopsia de tumor ”, explica Manalis.
En los ratones, las CTC son aún más difíciles de encontrar porque los ratones solo tienen un poco más de un mililitro de sangre. Ser capaz de estudiar las CTC en ratones podría ayudar a los investigadores a responder muchas preguntas sin respuesta sobre la rapidez con la que los tumores eliminan estas células, cuánto tiempo sobreviven en la circulación y qué tan eficientemente siembran tumores nuevos, dice Manalis.
En un intento por responder a algunas de estas preguntas, Manalis y sus estudiantes diseñaron un sistema que les permite extraer sangre de un ratón con un tumor y pasarla a un ratón sano. A través de un tubo separado, la sangre del ratón sano regresa al ratón portador del tumor. El sistema incluye dos contadores de células (uno para cada ratón) que detectan y eliminan las células tumorales circulantes de la sangre.
Con esta configuración, los investigadores pueden analizar toda la sangre de cada ratón en menos de una hora. Después de determinar la concentración de CTC en el torrente sanguíneo de ratones sanos y portadores de tumores, pueden calcular la velocidad a la que se generan CTC en ratones portadores de tumores. También pueden calcular la vida media de las células, una medida de cuánto tiempo sobreviven en el torrente sanguíneo antes de que el cuerpo las elimine.
Trabajando con miembros del Jacks Lab en el Instituto Koch, los investigadores utilizaron el sistema para estudiar ratones con tres tipos de tumores diferentes: cáncer de páncreas, cáncer de pulmón de células pequeñas y cáncer de células pequeñas.
Descubrieron que la vida media de las CTC era bastante similar entre los tres tipos de tumores, con valores que iban de 40 segundos a aproximadamente 250 segundos. Sin embargo, las tasas de generación mostraron mucha más variabilidad entre los diferentes tipos de tumores. Los tumores de pulmón de células pequeñas, que se sabe que son agresivamente metastásicos, podrían eliminar más de 100.000 CTC por hora, mientras que los tumores de pulmón de células no pequeñas y los tumores pancreáticos excretan solo 60 CTC por hora.
Estudios previos que se basaron en inyectar células tumorales de líneas celulares cultivadas en el laboratorio mostraron que estas células tenían una vida media de solo segundos en el torrente sanguíneo, pero los nuevos resultados del laboratorio de Manalis sugieren que las CTC endógenas en realidad persisten mucho más tiempo. sólo eso.
Generación de metástasis
Los investigadores también demostraron que los ratones sanos que recibieron CTC desarrollaron luego metástasis, incluso después de intercambiar solo unos pocos miles de CTC. Descubrieron que las CTC de los tumores pulmonares de células pequeñas metastatizaban en el hígado de ratones receptores sanos, tal como lo hicieron en los ratones donde se formaron originalmente los tumores.
“Lo que nos dimos cuenta es que estas CTC que inyectamos en el ratón receptor sano comienzan a crecer y crean metástasis que podemos detectar después de unos meses”, dice Hamza. «Fue emocionante ver cómo validaba que nuestra técnica de intercambio de sangre también se puede utilizar para inyectar suavemente una muestra de CTC viable en su entorno sanguíneo nativo sin tener que enriquecerla utilizando técnicas avanzadas. Vitro dura».
Con este enfoque, los investigadores ahora esperan estudiar cómo los diferentes tratamientos farmacológicos influyen en los niveles de CTC. “Con este sistema, podemos observar la concentración de CTC en tiempo real, de modo que podamos realizar la terapia con medicamentos y ver cómo afecta la vida media y la tasa de generación”, dice Miller.
Los investigadores también planean estudiar otros tipos de cáncer, incluidos los cánceres de la sangre como la leucemia y el linfoma, utilizando este sistema. La técnica también podría usarse para estudiar la dinámica de la circulación de otros tipos de células, incluidas las células inmunes como los neutrófilos y las células asesinas naturales.
La investigación fue financiada por Virginia y DK Ludwig Fund for Cancer Research, el Cancer Systems Biology Consortium, el National Cancer Institute, el Pew-Stewart Scholars Program for Cancer Research, una Sloan Scholarship in Chemistry y los National Institutes of Health.
