En la lucha contra el cáncer, que causa casi 8 millones de muertes en todo el mundo cada año, los médicos cuentan con numerosas armas potentes, entre ellas diversas formas de quimioterapia y radiación. Sin embargo, les falta una buena herramienta de reconocimiento: una forma fiable de obtener datos en tiempo real sobre la eficacia de un tratamiento concreto para cada paciente.
La resonancia magnética y otras tecnologías de exploración pueden indicar el tamaño de un tumor, mientras que la información más detallada sobre la eficacia de un tratamiento procede de los análisis que los patólogos realizan del tejido extraído en biopsias. Sin embargo, estos métodos solo ofrecen instantáneas de la respuesta del tumor, y el carácter invasivo de las biopsias las convierte en un procedimiento arriesgado que los médicos intentan minimizar.
Ahora, investigadores del Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT están cerrando esa brecha informativa mediante el desarrollo de un diminuto sensor bioquímico que puede implantarse en el tejido canceroso durante la biopsia inicial. A continuación, el sensor envía de forma inalámbrica datos sobre biomarcadores reveladores a un dispositivo lector externo, lo que permite a los médicos monitorizar mejor la evolución del paciente y ajustar las dosis o cambiar de tratamiento según corresponda. Hacer que los tratamientos contra el cáncer sean más dirigidos y precisos aumentaría su eficacia y reduciría la exposición de los pacientes a efectos secundarios graves.
«Queríamos crear un dispositivo que nos proporcionara una señal química sobre lo que está ocurriendo en el tumor», afirma Michael Cima, profesor David H. Koch (1962) de Ingeniería en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales e investigador del Instituto Koch, quien supervisó el desarrollo del sensor. «En lugar de esperar meses para ver si el tumor se reduce, se podría obtener una lectura temprana para saber si se avanza en la dirección correcta».
Dos estudiantes de doctorado del laboratorio de Cima trabajaron con él en el proyecto del sensor: Vincent Liu, ahora investigador posdoctoral en el MIT, y Christophoros Vassiliou, ahora investigador posdoctoral en la Universidad de California en Berkeley. Su investigación aparece en un artículo de la revista Lab on a Chip que se ha publicado en línea.
Mediciones sin resonancia magnética
Los sensores desarrollados por el equipo de Cima proporcionan datos en tiempo real y bajo demanda sobre dos biomarcadores relacionados con la respuesta de un tumor al tratamiento: el pH y el oxígeno disuelto.
Como explica Cima, cuando los agentes quimioterapéuticos atacan el tejido canceroso, este se vuelve más ácido. «Muchas veces, se puede observar la respuesta química antes de que el tumor llegue a reducirse», afirma Cima. De hecho, algunos tratamientos desencadenan una reacción del sistema inmunitario, y la inflamación hace que el tumor parezca crecer, incluso cuando el tratamiento está siendo eficaz.
Por su parte, los niveles de oxígeno pueden ayudar a los médicos a determinar la dosis adecuada de un tratamiento como la radiación, ya que los tumores prosperan en condiciones de poco oxígeno (hipoxia). «Resulta que cuanto más hipóxico es el tumor, más radiación se necesita», afirma Cima. «Así que, al leer estos sensores a lo largo del tiempo, se podría observar cómo cambia la hipoxia en el tumor y ajustar la radiación en consecuencia».
La carcasa del sensor, hecha de un plástico biocompatible, es lo bastante pequeña como para caber en la punta de una aguja de biopsia. Contiene 10 microlitros de agentes de contraste químico que suelen utilizarse en resonancia magnética (RM) y un circuito integrado para comunicarse con el dispositivo lector externo.
Diseñar una fuente de alimentación para estos sensores era fundamental, explica Cima. Hace cuatro años, su equipo creó un sensor implantable similar que podía leerse con un escáner de resonancia magnética. «Las resonancias magnéticas son caras y no es fácil incorporarlas a la atención rutinaria», afirma. «Queríamos dar el siguiente paso e incorporar algunos componentes electrónicos al dispositivo para poder realizar estas mediciones sin una resonancia magnética».
Para obtener energía, estos nuevos sensores dependen del lector. En concreto, dentro del lector hay una bobina metálica y el propio sensor contiene otra mucho más pequeña. Una corriente eléctrica magnetiza la bobina del lector, y ese campo magnético genera una tensión en la bobina del sensor cuando ambas están cerca; este proceso se denomina inductancia mutua. El lector emite una serie de pulsos y el sensor «responde con una señal», como lo describe Cima. Un ordenador al que está conectado el lector interpreta la variación de esta señal de retorno a lo largo del tiempo y revela los cambios en los biomarcadores seleccionados.
«Con estos dispositivos, es como tomarse la presión arterial. Es una medición sencilla. Se obtiene la lectura y se sigue adelante», afirma Ralph Weissleder, radiólogo y director del laboratorio del Centro de Biología de Sistemas del Hospital General de Massachusetts, que conoce la investigación. «Cuanto más se pueda hacer en ese mismo momento y lugar sin pruebas complicadas, mejor».
Otras aplicaciones
El equipo de Cima probó con éxito los sensores en experimentos de laboratorio, incluso implantándolos en roedores. Aunque los sensores solo se implantaron durante unas semanas, Cima cree que podrían utilizarse para monitorizar la salud de una persona durante muchos años.
«Hoy hay miles de personas vivas gracias a dispositivos electrónicos implantables, como marcapasos y desfibriladores», afirma. «Estamos fabricando estos sensores con materiales que se usan en este tipo de implantes a largo plazo y, dado que son tan pequeños, no creo que vaya a haber ningún problema».
Estos experimentos iniciales demostraron que los sensores podían detectar con rapidez, fiabilidad y precisión el pH y la concentración de oxígeno en los tejidos. El siguiente paso para los investigadores es comprobar hasta qué punto los sensores pueden medir los cambios del pH durante un periodo prolongado.
«Quiero perfeccionar estas sondas para poder utilizarlas para monitorizar la respuesta del tumor», afirma Cima. «En estos experimentos lo hicimos en cierta medida, pero tenemos que conseguir que sea realmente robusto».
Aunque la principal aplicación de estos sensores sería la atención oncológica, Cima también está deseoso de colaborar con investigadores de otros campos, como las ciencias medioambientales. «Por ejemplo, se podrían utilizar para medir el oxígeno disuelto o el pH en muchos lugares distintos de un estanque o un lago», afirma Cima. «Me entusiasma la idea de utilizar estos sensores para incorporar macrodatos a la monitorización medioambiental».
Este artículo se publica en colaboración con MIT. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde los puntos de vista expresados.
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Autor: Chris Berdik es periodista científico independiente y autor de Mind Over Mind: The Surprising Power of Expectations.
Imagen: Ilustración del diminuto sensor bioquímico que puede implantarse en tejido canceroso durante una biopsia inicial. IMAGEN/Instituto Koch del MIT para la Investigación Integrativa del Cáncer
