Física de microfluidos para predecir el resultado de terapias contra el cáncer

Uno de los grandes desafíos en la lucha contra el cáncer es diseñar nuevas tecnologías para el tratamiento personalizado para cada paciente. En función de las características moleculares —mutaciones en el ADN y otras— de cada tumor, la medicina de precisión quiere facilitar que los pacientes oncológicos, tanto adultos como pediátricos, puedan recibir un tratamiento personalizado y adecuado a su patología. Pero, ¿es posible saber si un paciente puede beneficiarse o no de un tratamiento antes de iniciar la terapia?

Un equipo de expertos de la Facultad de Medicina y Ciencias de la Salud de la Universidad de Barcelona (UB) y del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) ha diseñado un dispositivo microfluídico llamado Microfluidic Dynamic BH3 Profiling (μDBP) que predice la eficacia del tratamiento del cáncer de forma rápida y automatizada, utilizando una cantidad reducida de células procedentes de biopsias y sin requerir personal técnico especializado.

El trabajo lo han dirigido Joan Montero, profesor del Departamento de Biomedicina de la UB y el IBEC, y Javier Ramón-Azcón, profesor de investigación ICREA en el IBEC. En el estudio, que tiene como primer autor a Albert Manzano (UB-IBEC) —doctorado en la UB en 2022 con una tesis sobre medicina de precisión en la lucha contra el cáncer—,  también participan expertos de la Facultad de Física de la UB, el Instituto de Oncología Vall d’Hebron (VHIO) y el consorcio Centro de Investigación Biomédica en Red de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBERBBN), en España.

Medicina de precisión en la lucha contra el cáncer

La medicina personalizada ha revolucionado la forma de diseñar tratamientos contra el cáncer, cada vez más eficaces. Si consideremos que cada tumor es único y tiene características propias, disponer de indicadores predictivos de la respuesta de cada paciente al tratamiento es un gran paso adelante en oncología. El DBP (dynamic BH3 profiling) fue desarrollado inicialmente en el laboratorio del profesor Anthony Letai —el profesor Montero fue coinventor— y patentado en 2015 por el Instituto Oncológico Dana-Farber (Estados Unidos). Fue uno de los primeros ensayos funcionales probado con éxito para predecir el tratamiento en diversos tipos de cáncer. Este sistema pone en contacto las células cancerosas con diferentes opciones terapéuticas para identificar ex vivo y de forma rápida las que podrían ser más efectivas para eliminar el tumor. Conceptualmente, es muy similar a los antibiogramas que se utilizan en la identificación de antibióticos para tratar infecciones bacterianas.

«El DBP se ha utilizado para identificar la eficacia de tratamientos a escala preclínica y clínica en muchos tipos de cáncer diferentes, tanto sólidos como líquidos. Estos estudios han utilizado líneas celulares, modelos animales y muestras primarias con una gran capacidad predictiva en todos los casos. Sin embargo, este ensayo todavía no se ha aplicado de forma generalizada en los hospitales», detalla el profesor Joan Montero.

«De momento —añade— varios estudios han encontrado una buena correlación entre los resultados del DBP y la respuesta clínica en muestras primarias de leucemia. Actualmente hay diversos ensayos clínicos abiertos, con los que esperamos que esta tecnología se pueda implementar en los hospitales en los próximos años para mejorar las terapias oncológicas».

Predecir la respuesta terapéutica con pocas células cancerosas

Ahora, el nuevo dispositivo microfluídico de tipo DBP —conocido como μDBP— resuelve diversos retos de los ensayos funcionales: reduce el número de células cancerosas necesarias para probar posibles terapias ex vivo y automatiza el proceso para facilitar su aplicación clínica sin personal técnico especializado.

«Una de las principales limitaciones del DBP es el número de células necesarias para poder realizar el ensayo. Cuando se hace una biopsia a un paciente, el número de células tumorales obtenidas es muy limitado, lo que no permite hacer un estudio con muchos tratamientos diferentes y limita la capacidad de identificar uno que sea eficaz», explica el experto Albert Manzano.

Los expertos Albert Manzano y Joan Montero en la Facultad de Medicina y Ciencias de la Salud de la UB. (Foto: UB)

Cuando se recibe una biopsia, la muestra se disocia para obtener células individuales utilizando un tratamiento mecánico y enzimático. Una vez procesada, la muestra se filtra para obtener células individuales que después se someterán a los tratamientos deseados y serán sembradas en el dispositivo microfluídico.

«Gracias a nuestra plataforma microfluídica μDBP, que está dotada de pequeños pozos para sembrar las células, podemos reducir el número de células requeridas para probar un tratamiento. Se trata de una innovación decisiva para aumentar el número de fármacos que se pueden evaluar», añade Manzano.

Un sistema rápido y completamente automatizado

El nuevo trabajo de investigación y desarrollo es el primero en el que se aplica la microfluídica para realizar el ensayo funcional del DBP. A diferencia de otras versiones desarrolladas hasta ahora, como el high-throughput DBP (Bhola et al., Science Signaling, 2020) con placas y dispensadores automáticos para probar centenares de tratamientos, el nuevo dispositivo μDBP está orientado a probar tratamientos in situ de forma muy rápida (lo cual evita el deterioro de las muestras), sencilla y automatizada, sin la necesidad de maquinaria costosa o personal especializado.

«La mayor ventaja del dispositivo μDBP es también la automatización de todo el proceso, que ayudaría a implementar esta metodología funcional a escala clínica. En conjunto, todas estas ventajas facilitarían la adopción del sistema DBP en los hospitales como ensayo rutinario», detallan los expertos.

«Hemos desarrollado esta nueva herramienta con la idea de ponerla al alcance de los oncólogos. Este sistema automatizado permite obtener información personalizada del paciente y del tratamiento», detalla Javier Ramón-Azcón (IBEC).

Tal como detalla el equipo: «Continuaremos trabajando con nuestros colaboradores clínicos para analizar muestras de pacientes y adaptar esta metodología para mejorar el tratamiento personalizado de múltiples tipos de cáncer en beneficio de todos los pacientes oncológicos».

El equipo de investigación y desarrollo expone los detalles técnicos del nuevo dispositivo en la revista académica npj Precision Oncology, bajo el título «Microfluidic-based dynamic BH3 profiling predicts anticancer treatment efficacy». (Fuente: UB)