Mientras asistía a una clase de diseño de personajes con animadores de Pixar, la investigadora Cristina Zavaleta, fanática desde siempre de Disney y del arte, se fijó en el tipo de pinturas disueltas en agua y de muy alto pigmento que estaban utilizando, las llamadas guaches.
Su textura, brillo y colorido le recordaron a los colorantes que se emplean en los humanos en forma de tintas para tatuajes o incluso en las alimentarias. Fue en ese momento cuando esta ingeniera biomédica de la Universidad del Sur de California en EE UU, licenciada en Medicina Nuclear, pensó que estos pigmentos podrían tener unas propiedades ópticas interesantes y usarse como agentes de contraste de imagen en fluorescencia para detectar ciertas enfermedades. Y así fue.
Acudió a Adam Sky, un tatuador del área de San Francisco, que rellenó con tintas de tatuaje los 96 pocillos usados como tubos de ensayo de las microplacas de Zavaleta. La científica las examinó luego con un escáner Raman, que permitió iluminar la muestra con un haz de láser monocromático para comprobar cómo interaccionaba con las moléculas.
El resultado fue el hallazgo de huellas digitales espectrales “asombrosas” que podían usarse para codificar y marcar nanopartículas, unas diminutas esferas que transportan los colorantes a través de los vasos sanguíneos en busca de células malignas.
“Encapsulamos diversos pigmentos en nanopartículas, que pueden llevar varios tintes a la vez y dirigirse hacia las células cancerígenas, y los detectamos luego mediante métodos de imágenes ópticas”, explica a SINC Zavaleta, que se centra en buscar agentes de contraste efectivos para diagnosticar con mayor precisión el cáncer.
Detección temprana del cáncer
En su laboratorio, el equipo de esta investigadora está desarrollando nuevas estrategias de imágenes moleculares mediante fluorescencia e imágenes Raman, dirigidas a la detección del esta enfermedad, que abarca hasta 200 tipos. El objetivo es guiar a los médicos hacia las células cancerosas y brindarles información funcional adicional a los detalles estructurales del tumor que ya con capaces de ver.
“Si pudiéramos darles señales visuales que pudieran ayudarles a diferenciar en tiempo real (en el quirófano) el tumor del tejido normal adyacente podría garantizar la extirpación de todo el tumor y mejorar el resultado general del paciente”, subraya la investigadora.
Estas herramientas, aún en fase de experimentación y a falta de más pruebas que garanticen su seguridad en humanos, permiten inyectar en los pacientes estos materiales cubiertos de pigmentos colorantes que aumentan la sensibilidad en las imágenes obtenidas por resonancia magnética o tomografía computarizada.
Así, cuando las nanopartículas se dirigen y concentran en un lugar específico del cuerpo, hacen “brillar” las células malignas y permiten así identificar diferentes tipos de cáncer. Los investigadores pueden de este modo comprobar, por ejemplo, si un pólipo en el colon es cancerígeno o simplemente benigno, sin necesidad de biopsia, según el estudio publicado recientemente en la revista Biomaterials Science.
Sin embargo, hasta ahora existía un problema de seguridad con el uso de las nanopartículas porque estas tendían a retenerse de manera prolongada en hígado y bazo, los órganos responsables de descomponerlas. Pero los colorantes alimentarios que recubren, por ejemplo, los M&Ms, son materiales biodegradables y tienen además un tamaño específico para penetrar pasivamente las áreas del tumor y ser retenidas durante más tiempo para su detección.
En la actualidad, solo tres pigmentos han sido aprobados por la Administración de Medicamentos y Alimentos de EE UU (FDA, por sus siglas en inglés) como agentes de contraste para imágenes ópticas. “Todos tienen propiedades fluorescentes y pueden usarse para iluminar estructuras en el cuerpo, generalmente durante la cirugía o la endoscopia”, señala a SINC Zavaleta.
La comunidad científica tiene que ampliar ahora su “paleta de colores” para guiar mejor a los médicos en la identificación precoz de los cánceres, considera la experta.
Biopsias virtuales para la metástasis
Pero una vez que el tumor haya sido detectado, se están desarrollando otras técnicas inocuas de imagen que permitirán realizar biopsias virtuales. Estos métodos permitirán ver biológicamente en pocos minutos lo que ocurre en el tejido sin necesidad de abrirlo. También conseguirán detectar la posible metástasis, y predecir si el tratamiento funcionará o no.
Es así como el equipo de la Unidad de Imagen Molecular que dirige Francisca Mulero, médica especialista en Medicina Nuclear en el Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO), puede ver el interior del organismo gracias a un trabajo aún en fase de experimentación con animales modelo, como el ratón.
En su caso, en lugar de colorantes, los científicos usan agentes de contraste que emiten positrones, la antipartícula del electrón. “Esto nos da una ventaja respecto a otros tipos de contrastes porque atraviesan todo el cuerpo. En estos equipos se introduce al paciente y se ve el tumor en cualquier sitio porque estas partículas atraviesan todos los tejidos y se puede monitorizar”, recalca a SINC Mulero.
Para lograrlo, el grupo de la investigadora marca nanoanticuerpos, que son enviados directamente a la parte específica del tumor. Allí se produce un incremento de señal y de concentración de fotones gamma. “Ahí vemos qué está ocurriendo sin coger muestras del tejido. Es un método no invasivo y servirá para hacer el seguimiento de pacientes”, explica la experta.
A diferencia de la técnica de Zavaleta en EE UU, que permite el diagnóstico precoz del tumor, la investigación de Mulero es muy útil para el estudio de su extensión en otros lugares y la monitorización del tratamiento. “Una vez iniciado el tratamiento podemos ver si hay respuestas y si se debe seguir con él o no”, continúa.
Nanoanticuerpos creados por camellos
Desde el CNIO, el equipo utiliza estos nuevos agentes de contraste, específicos de la mayor parte de tumores, marcando diminutos anticuerpos con isótopos de positrones para hacer imagen PET (o tomografía por emisión de positrones). Para lograr estos nanoanticuerpos, los investigadores recurren a los camellos que viven en la isla de Gran Canaria, que son los únicos animales, junto con los tiburones, en poder generarlos de manera natural.
“Inoculamos una proteína del tumor en un camello, que es capaz de desarrollar unos anticuerpos muy especiales y muy pequeños (la mitad de uno normal) ante esa proteína, pero que tienen toda la capacidad inmunogénica de un anticuerpo normal. Estos minianticuerpos que se extraen de la sangre de los camellos nos sirven después para ver la metástasis”, comenta Mulero, para quien el verdadero problema del cáncer es la metástasis y no el tumor primario. “Es muy difícil de detectar y cuando se consigue ver a veces es demasiado tarde”.
En el laboratorio, los investigadores seleccionan los anticuerpos más efectivos ante esa proteína del tumor, les añaden un marcador y los manipulan para que se puedan humanizar, a veces incluso desarrollando ingeniería sobre el propio anticuerpo. “Así el paciente no crea anticuerpos de estos anticuerpos. Este es realmente el vehículo que lleva el isótopo al tumor. Sabe dónde tiene que ir”, explica a SINC la médica.
Pero hasta que esta técnica llegue a los pacientes aún queda mucha investigación por delante. “No tardará mucho porque ya hay algún ensayo en humanos en otros países. Realmente no tiene efectos secundarios, pero lo que hay que ver es si son eficaces”, concreta la experta del centro de investigación español.
El método, que no supondrá unos costes muy elevados, se podrá aplicar en cualquier hospital que tenga equipos de imagen PET a los pacientes con tumores más metastásicos como el cáncer de pulmón, pero también en melanoma o cáncer de próstata, entre otros.
El siguiente proyecto del equipo de Mulero, recién financiado, irá más allá del diagnóstico de la metástasis y procederá a destruirla, cambiando el isótopo que da una radiación gamma que se detecta con el equipo PET a otro isótopo que da una radiación beta, que se desintegra.
“Esta es la que destruye. Es lo que se llama teragnosis (la mezcla entre las palabras terapia y diagnosis). En ese caso no cogemos nanobodies, sino fragmentos de anticuerpos y hacemos dos isótopos, el que diagnostica para saber dónde está la metástasis y el terapéutico para destruirla”, profundiza Mulero. La experta explica que sería como una radioterapia local, que pronto podrá ser una realidad en pacientes humanos.