El glioblastoma (GBM) es la forma más letal y agresiva de cáncer cerebral. Casi todos los tumores recurren después del tratamiento, a medida que las células supervivientes se transforman con el tiempo en formas más resistentes para resistir terapias adicionales. Para abordar este desafío, los científicos del Universidad de Leeds Han diseñado una novedosa nanopipeta de doble cilindro y la han utilizado para investigar las trayectorias de las células GBM vivas individuales a medida que cambian en respuesta al tratamiento.
La nanopipeta consta de dos agujas nanoscópicas que pueden inyectar simultáneamente moléculas exógenas y extraer muestras de citoplasma de una célula. La nanopipeta está integrada en un microscopio de conductancia iónica de barrido (SICM) para realizar nanobiopsias de células vivas en cultivo. A diferencia de las técnicas existentes para estudiar células individuales, que normalmente destruyen la célula, la nanopipeta puede tomar biopsias repetidas de una célula viva sin matarla, lo que permite estudios longitudinales del comportamiento de una célula individual a lo largo del tiempo.
Escribiendo en Science Advances, los investigadores explican que SICM funciona midiendo la corriente iónica entre un electrodo insertado en una nanopipeta de vidrio y un electrodo de referencia sumergido en una solución electrolítica que contiene las células. La nanobiopsia se realiza cuando una corriente iónica fluye a través del nanoporo en la punta de la nanopipeta después de aplicar un voltaje entre los dos electrodos. En su nanopipeta de doble cilindro, un cilindro actúa como una jeringa electroquímica para realizar extracciones citoplasmáticas; el segundo contiene una solución acuosa de electrolitos que proporciona una corriente iónica estable para un posicionamiento preciso y una nanoinyección antes de la nanobiopsia.
La plataforma semiautomática permite la extracción de volúmenes de femtolitros de citoplasma y la inyección simultánea en células individuales. La plataforma proporciona un posicionamiento automatizado de la nanopipeta mediante control de retroalimentación (la corriente iónica cae cuando la nanopipeta se acerca a la muestra), mientras que la detección de firmas de corriente particulares indica una penetración exitosa en la membrana de una sola célula.
Estudios longitudinales
Como prueba de concepto de la capacidad de la plataforma, los investigadores realizaron una nanobiopsia longitudinal de una célula GBM (y su progenie), perfilando los cambios en la expresión genética durante 72 h. Realizaron nanobiopsia antes de la terapia, durante el tratamiento con radioterapia y quimioterapia y después del tratamiento.
"Nuestro método es robusto y reproducible, lo que permite la penetración de membranas y la nanoinyección en diferentes tipos de células con distintas propiedades mecánicas", escriben los investigadores co-principales. Lucy Stead y paolo actis. “La tasa media de éxito de la nanoinyección es de 0.89 ± 0.07. Luego se extrae el ARNm intracelular”.
Los investigadores estudiaron la respuesta de las células GBM al tratamiento estándar de 2 Gy de radiación y 30 µM de temozolomida. Realizaron un seguimiento visual de las células individuales y su progenie durante 72 h, y el 98 % permaneció en el campo de visión del microscopio durante este período de tiempo, un factor importante cuando se pretende realizar un análisis longitudinal.
El día 1, los investigadores realizaron una biopsia, le inyectaron un tinte fluorescente y tomaron imágenes de cada célula. El día 2, la mitad de las células recibieron irradiación y quimioterapia, mientras que las demás sirvieron como controles. Se tomaron imágenes de todas las células los días 2 y 3, se les realizó una biopsia y se les inyectó nuevamente el día 4.
En las células que se sometieron a nanobiopsias el día 1, la supervivencia fue similar entre las células tratadas y no tratadas, y las tasas de división celular fueron comparables en los dos grupos. Después de 72 h, el 63% de las células de control no tratadas (no biopsiadas) sobrevivieron, en comparación con el 25% de las células tratadas con biopsia. No hubo diferencias en las tasas de muerte posteriores de los subtipos de células en el día 1, independientemente del tratamiento. Sin embargo, una proporción mucho mayor de células no tratadas cambiaron de subtipo con el tiempo o produjeron descendencia con un subtipo diferente que las células tratadas.
"Esto sugiere que las células no tratadas son significativamente más plásticas en el transcurso de tres días que las células tratadas", escriben los investigadores. “Las puntuaciones de fenotipo celular de muestras emparejadas del día 1 y longitudinales revelaron que las células tratadas tienden a mantener el mismo fenotipo durante la terapia, mientras que las células no tratadas tienen más probabilidades de cambiar el estado transcripcional durante 72 h, lo que sugiere que el tratamiento induce o selecciona una alta estabilidad transcripcional. en esta línea celular GBM establecida”.
"Este es un avance significativo", dice Stead. “Es la primera vez que contamos con una tecnología que nos permite monitorear los cambios que se producen después del tratamiento, en lugar de simplemente asumirlos. Este tipo de tecnología proporcionará un nivel de comprensión que simplemente nunca antes habíamos tenido. Y esa nueva comprensión y percepción conducirán a nuevas armas en nuestro arsenal contra todos los tipos de cáncer”.
La nanocirugía mecánica ataca el cáncer cerebral agresivo
El equipo está convencido de que la capacidad de estas nanosondas versátiles para acceder al entorno intracelular con una mínima alteración tiene potencial para "revolucionar el diagnóstico molecular y las terapias genéticas y celulares".
"Nuestro trabajo futuro se centrará en aumentar el rendimiento de la tecnología para que se puedan analizar más células", dice Actis. Mundo de la física. “Estamos trabajando para mejorar los protocolos de análisis del ARN extraído de las células para poder recopilar más información biológica. También estamos muy interesados en estudiar modelos biológicos más avanzados de cáncer cerebral basados en células y organoides derivados de pacientes”.
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- Fuente: https://physicsworld.com/a/single-cell-nanobiopsy-explores-how-brain-cancer-cells-adapt-to-resist-treatment/
