En la lucha contra el cáncer, que causa casi 8 millones de muertes en todo el mundo cada año, los médicos cuentan en su arsenal con muchas armas poderosas, 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 una terapia concreta 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 realizan los patólogos de muestras de tejido obtenidas mediante biopsias. Sin embargo, estos métodos solo ofrecen instantáneas de la respuesta del tumor, y el carácter invasivo de las biopsias las convierte en procedimientos arriesgados que los médicos intentan reducir al mínimo.
Ahora, investigadores del Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT están cerrando esa brecha de información mediante el desarrollo de un diminuto sensor bioquímico que puede implantarse en tejido canceroso durante la biopsia inicial. Después, el sensor envía de forma inalámbrica datos sobre biomarcadores reveladores a un dispositivo lector externo, lo que permite a los médicos seguir mejor la evolución del paciente y ajustar las dosis o cambiar de terapia 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 del 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, algunas terapias desencadenan una reacción del sistema inmunitario, y la inflamación hace que el tumor parezca estar creciendo, incluso cuando la terapia es eficaz.
Mientras tanto, los niveles de oxígeno pueden ayudar a los médicos a determinar la dosis adecuada de una terapia como la radiación, ya que los tumores prosperan en condiciones de bajo nivel de oxígeno (hipoxia). «Resulta que cuanto más hipóxico es el tumor, más radiación se necesita», afirma Cima. «Así que estos sensores, leídos a lo largo del tiempo, podrían permitir observar cómo cambia la hipoxia en el tumor y ajustar la radiación en consecuencia».
La carcasa del sensor, fabricada con 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 químicos que suelen utilizarse en la resonancia magnética (RM), además de 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 construyó un sensor implantable similar que podía leerse con un escáner de resonancia magnética. «Las exploraciones por RM son caras y no resulta fácil incorporarlas a la atención habitual», afirma. «Queríamos dar el siguiente paso y añadir componentes electrónicos al dispositivo para poder realizar estas mediciones sin una resonancia magnética».
Para obtener energía, estos nuevos sensores dependen del lector. En concreto, hay una bobina metálica dentro del lector y otra mucho más pequeña en el propio sensor. Una corriente eléctrica magnetiza la bobina del lector, y ese campo magnético genera un voltaje en la bobina del sensor cuando ambas están cerca: un proceso llamado inductancia mutua. El lector emite una serie de pulsos y el sensor «responde», como lo expresa Cima. Un ordenador al que está conectado el lector interpreta las variaciones de esta señal de retorno a lo largo del tiempo, lo que revela cambios en los biomarcadores objetivo.
«Con estos dispositivos, es como tomarse la presión arterial. Es una medición sencilla. Se obtiene el resultado 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 vigilar la salud de una persona durante muchos años.
«Hoy hay miles de personas vivas gracias a que tienen dispositivos electrónicos implantables, como marcapasos y desfibriladores», afirma. «Estamos fabricando estos sensores con materiales que se utilizan en este tipo de implantes de larga duración 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 el tejido. A continuación, los investigadores quieren comprobar hasta qué punto los sensores pueden medir los cambios del pH durante un periodo prolongado.
«Quiero perfeccionar estas sondas para que podamos utilizarlas para vigilar la respuesta del tumor», afirma Cima. «En estos experimentos lo hicimos en cierta medida, pero tenemos que lograr que sea realmente sólido».
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 ambientales. «Por ejemplo, se podrían utilizar para medir el oxígeno disuelto o el pH en muchos puntos distintos de un estanque o un lago», afirma Cima. «Me entusiasma utilizar estos sensores para incorporar los macrodatos a la vigilancia ambiental».
Este artículo se publica en colaboración con MIT News. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde las opiniones expresadas.
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Autor: Chris Berdik escribe para MIT News.
Imagen: Una ilustración muestra la proyección de código binario sobre un hombre que sostiene un ordenador portátil en una oficina de Varsovia. REUTERS/Kacper Pempel
