HydroSeq, um novo chip microfluídico projetado para capturar células tumorais circulantes (CTCs) e isolar seu RNA para desenvolver melhores tratamentos contra o câncer, foi projetado por pesquisadores de engenharia da Universidade de Michigan, liderados por Euisik Yoon. (Crédito da imagem: Yoon Lab, Engenharia de Michigan)
Uma nova maneira de separar claramente as células cancerosas de uma amostra de sangue permite um perfil genético abrangente das células cancerígenas, o que poderia ajudar os médicos a identificar tumores e monitorar os tratamentos de forma mais eficaz.
É uma melhoria dramática em relação às abordagens atuais porque também abrange a variação entre as células cancerígenas num único paciente.
“Este poderia ser um jogo totalmente diferente”, disse Max Wicha, professor de oncologia Madeline e Sidney Forbes na Universidade de Michigan e médico sênior do estudo na Nature Communications.
As técnicas anteriores significavam uma troca entre um perfil genético abrangente de um subconjunto limitado de células cancerígenas ou a captura da maioria das células cancerígenas e a capacidade de procurar apenas alguns genes. Como resultado, os perfis genéticos muitas vezes negligenciaram populações importantes de células cancerígenas – incluindo células que se acredita espalharem o cancro no corpo.
Nosso chip nos permite capturar células tumorais circulantes puras e depois extrair informações genéticas sem qualquer contaminação de glóbulos vermelhos e brancos.
“Nosso chip nos permite capturar células tumorais circulantes puras e, em seguida, extrair informações genéticas sem qualquer contaminação de glóbulos vermelhos e brancos”, disse Euisik Yoon, professor de engenharia elétrica e ciência da computação da UM e autor sênior do estudo.
Muitos medicamentos modernos contra o cancro funcionam perseguindo células com determinados genes em ação – genes que sinalizam as suas identidades como células cancerígenas. Mas estes genes não estão uniformemente activos na população de células cancerígenas de um paciente e podem mudar ao longo do tratamento.
Biópsias repetidas para monitorar o tumor são dolorosas e potencialmente perigosas para o paciente. A captura de células cancerosas de amostras de sangue oferece uma forma não invasiva de observar se o câncer está desaparecendo ou se está se tornando resistente ao tratamento.
“Ele permite não apenas selecionar terapias direcionadas, mas também monitorar os efeitos dessas terapias nos pacientes, fazendo esse exame de sangue”, disse Wicha.
Usando este método, a equipe coletou e analisou 666 células cancerígenas do sangue de 21 pacientes com câncer de mama.
A análise genética confirmou que mesmo dentro de um único paciente, as células cancerígenas muitas vezes se comportam de maneira muito diferente. O grupo de Wicha já havia demonstrado que a metástase do câncer é mediada por células cancerígenas que possuem propriedades de células-tronco. Embora as células-tronco cancerígenas representem apenas uma pequena porcentagem das células tumorais, elas constituem uma proporção maior das células cancerígenas na corrente sanguínea. Neste estudo, cerca de 30-50% das células cancerígenas capturadas nas amostras de sangue apresentaram propriedades semelhantes às do caule.
Esta população é particularmente fácil de perder com técnicas que capturam amostras limpas, mas incompletas, de células cancerígenas do sangue do paciente, agarrando-se a proteínas nas superfícies das células. As células semelhantes a tronco estão em um espectro entre dois tipos de células mais típicos, o que significa que não exibem marcadores proteicos consistentes.
Para obter um conjunto limpo e imparcial de células cancerígenas de um frasco de sangue, a equipe começou com uma técnica que remove células sanguíneas classificando a amostra de sangue de acordo com o tamanho das células. Começando com cerca de uma célula cancerígena em mil milhões de células sanguíneas, este passo deixou apenas cerca de 95 células sanguíneas para cada célula cancerígena. Mas isso ainda está contaminado demais para uma análise genética detalhada.
O novo método, que os pesquisadores chamam de Hydro-Seq, elimina as últimas células sanguíneas e depois analisa cada célula.
A tecnologia chave é um chip com sistema de canais e câmaras. Ele captura as células cancerígenas, uma de cada vez, puxando fluido através de um dreno em cada câmara, que fica entupido quando uma célula cancerosa chega. Depois que a câmara é conectada, as células do canal passam por ela e são sugadas para a próxima câmara. Então, para “lavar” as células sanguíneas do chip, eles passaram fluido limpo para trás através do chip e o retiraram novamente, levando consigo quase todo o resto das células contaminantes.
Com uma amostra limpa de células cancerosas isoladas, a equipe fez os perfis genéticos. Eles foram atrás dos “transcriptomas” das células – basicamente, instantâneos do DNA que estava sendo lido e usado por cada célula. Isto revelou os genes ativos das células.
Eles capturaram os transcriptomas com contas com código de barras, um método que até agora era difícil de usar com pequenas amostras de células. A equipe colocou uma conta com código de barras em cada câmara e depois fechou as câmaras antes de destruir as membranas celulares. Isto libertou o ARN – os pequenos pedaços de código genético recentemente lidos a partir do ADN da célula – de modo que o ARN se ligou ao código genético com código de barras na pérola. A equipe poderia então analisar o conteúdo de cada célula separadamente.
“Antes, podíamos medir dois ou três genes de cada vez com métodos de coloração, mas agora obtemos uma imagem abrangente das células tumorais circulantes medindo milhares de genes em cada célula de uma só vez”, disse Yu-Chih Chen, cientista assistente de pesquisa da UM. em engenharia elétrica e ciência da computação e coautor do estudo.
O tratamento do cancro pode ser um alvo em movimento, com os cancros a alterarem a sua expressão genética à medida que os medicamentos matam algumas células, mas não outras. Monika Burness, professora assistente de medicina interna da UM e coautora do estudo, espera usar o novo dispositivo para acompanhar o progresso dos pacientes em um próximo teste de medicamentos.
“É uma ferramenta muito poderosa para monitorizar – a nível celular – o que um tratamento faz aos tumores ao longo do tempo”, disse Burness, que estuda novas terapias medicamentosas para pacientes com cancro.
O estudo é publicado em acesso aberto na Nature Communications.
Wicha também é diretora do Forbes Institute for Cancer Discovery. Yoon também é professor de engenharia biomédica. Chen também é um estudioso emergente do Forbes Institute for Cancer Discovery.
Este trabalho foi financiado pelos Institutos Nacionais de Saúde, Fundação de Pesquisa do Câncer de Mama, Instituto Forbes para Descoberta do Câncer e Programa de Parceria de Pesquisa Translacional da UM Coulter. Os dispositivos foram fabricados na U-M Lurie Nanofabrication Facility.