Metástasis es el proceso de propagación del cáncer desde un sitio primario —o tumor primario— hacia otras partes del cuerpo y causa más de 90% de las muertes relacionadas con cáncer.³ El medio de propagación de esta enfermedad ocurre a través de células expulsadas del tumor primario, las cuales son transportadas por el torrente sanguíneo (figura 1) y son nombradas células tumorales circulantes (CTC);⁴ su estudio es fundamental para entender la capacidad de un tumor primario para desarrollar metástasis; por tanto, detectar la presencia de CTC en la sangre proporciona un buen indicador temprano de la presencia de posibles transformaciones malignas en otras regiones del cuerpo.⁵ 

     Las CTC constituyen un prometedor biomarcador para diagnóstico, pronóstico y post monitoreo del tratamiento aplicado en pacientes con cáncer. Ahora bien, la tasa de supervivencia de pacientes con este padecimiento está ligada al nivel de concentración de células tumorales en la sangre y, por tal razón, en la actualidad, las investigaciones se centran intensamente en los métodos para lograr su aislamiento y análisis, con el fin de entender su naturaleza, capacidad para desarrollar metástasis y, por supuesto, para desarrollar futuras generaciones de terapias contra el cáncer.^{6, 7, 8}
     Las células tumorales circulantes (CTC) deben ser detectadas entre un número enorme de células sanguíneas, como leucocitos (glóbulos blancos) y eritrocitos (glóbulos rojos). Por tanto, los desafíos en la detección y el enriquecimiento de CTC se centran, principalmente, en esta baja frecuencia de presencia y en la heterogeneidad de CTC, cuestiones que están directamente correlacionadas con la heterogeneidad del tumor primario. En la actualidad, el único sistema para la detección de células tumorales circulantes aprobado por la Administración de Drogas y Alimentos (FDA por sus siglas en inglés) para su uso en el mercado es el sistema CellSearch®.⁹ Otras células que proporcionan información sobre el potencial metastásico de tumores son las células tumorales diseminadas (DTC) aisladas en la médula ósea; sin embargo, su análisis requiere técnicas invasivas, como la extracción de medula ósea; en cambio, el estudio de CTC es más ventajoso, desde el punto de vista clínico (figura 1).³

El estudio de microfluidos incluye el desarrollo de métodos y dispositivos para la manipulación y control de fluidos en escalas microscópicas. Desde la década de 1990, las investigaciones de microfluidos han aumentado significativamente, debido a su amplio potencial en aplicaciones biológicas. Por ejemplo, dispositivos de microfluidos son empleados en el transporte, separación y análisis de células, o como biorreactores para el control, crecimiento y monitoreo de baterías u otros microorganismos en las investigaciones biomédicas.¹⁰ Una analogía con los microcanales son las redes de tuberías de agua en una casa, la cual consta de múltiples entradas y salidas de agua… y las principales diferencias entre esta situación y los microcanales radica en objetivo, dimensiones y materiales, pues el ancho de los microcanales puede variar entre unos cuantos micrómetros hasta un milímetro. Tales microcanales pueden tener redes relativamente simples, con una entrada y una salida, o muy complejas —con múltiples entradas y salidas— (figura 2); además, éstos pueden tener diferentes geometrías y dimensiones, dependiendo de su aplicación.
     Mediante los microcanales, los microfluidos tienen microambientes controlados para manipular células y reactivos, permitiendo el desarrollo de procesos equivalentes a los realizados en un laboratorio en un solo chip (Lab on a chip).

FIGURA 3. Esquema de proceso de fabricación mediante litografía suave.
(a) Mascarilla de cromo o vidrio con el patrón geométrico de los microcanales. (b) Oblea de silicio. (c) Resina fotosensible depositada sobre la oblea de silicio. (d) Aplicación de luz ultravioleta sobre la mascarilla y resina fotosensible. (e) La superficie de la resina expuesta a luz ultravioleta es grabada para obtener el molde de los microcanales. (f) Una capa de polímero es depositada sobre el molde y se endurece mediante un proceso térmico. (g) La capa de polímero endurecido es retirada para posteriormente sellarla con una lámina de vidrio.

     La litografía suave (Soft Lithoghraphy) es una técnica de fabricación para microcanales (figura 3), la cual incluye algunos polímeros como su material base. Un ejemplo de estos polímeros es el polidimetilsiloxano (PDMS) que se presenta en forma de gel si se encuentra en estado líquido. Este polímero permite reducir costo de fabricación y ofrece, además, mayor flexibilidad y biocompatibilidad.
     La primera etapa en la fabricación de microcanales es la confección de un molde maestro con la geometría y dimensiones de los microcanales, el cual se obtiene mediante la técnica de litografía suave, usando capas de materiales estructurales y fotosensibles. Estas capas son depositadas sobre una oblea de silicio, mediante procesos químicos o físicos, y son grabadas para obtener los patrones geométricos de los microcanales. Después, el molde se coloca en un recipiente y se vierte el polímero (PDMS) en estado líquido para adoptar la geometría del molde. Ahora bien, para que el polímero endurezca, se introduce en un horno y, posteriormente, es separado del molde con la forma del microcanal ya adquirida. Posteriormente, se graba las entradas y salidas para el fluido y, al final, se une el polímero a una lámina de vidrio para lograr una unión hermética.¹¹

Mediante los microcanales es posible detectar CTC de una muestra de sangre humana y monitorear el grado de eficiencia que están mostrando los tratamientos médicos contra el cáncer aplicados a los pacientes. Otro gran beneficio radica en la detección oportuna de estas células, lo cual permitirá reducir el tiempo de implementación de los tratamientos médicos más adecuados para combatir esta enfermedad.
     Lecia V. Sequist y colaboradores, de la Universidad de Harvard, desarrollaron un chip con microcanales para aislar, contabilizar y analizar CTC, el cual está fabricado con silicio; sus dimensiones son 26x76 mm y tiene la capacidad de aislar 155 CTC/ml de una muestra de sangre. Su superficie tiene alrededor de 80,000 puntos detectores que cuentan con un recubrimiento especial de anticuerpos y marcadores biológicos; esto con el fin de que las CTC se adhieran a los puntos detectores, mediante la identificación de proteínas específicas que sólo se encuentran en estas células, permitiendo así su numeración* (figura 4). En este chip no es necesario pre-procesar la muestra de sangre, con lo cual se logra la disminución del tiempo de ensayo, en comparación con otras técnicas convencionales. 

     Fana y colaboradores¹³ diseñaron un chip con una membrana porosa para capturar CTC de una muestra de sangre (figura 5). Los poros de la membrana tienen diferentes diámetros —entre seis y diez micrómetros—, lo cual permite la libre circulación de glóbulos rojos y, al mismo tiempo, restringe el paso de células de mayor tamaño, como las CTC.

     Este sistema es capaz de procesar 10 mililitros/hora de una muestra de sangre y capturar hasta 100 CTC por mililitro de muestra. El chip no necesita marcadores biológicos para la detección de las CTC; solamente la captura, con base en las dimensiones de las células.
     Peng Li y colaboradores,¹⁴ por su parte, desarrollaron una técnica para separar  CTC usando microcanales sujetos a ondas acústicas; técnica que tiene un funcionamiento similar al ultrasonido y no causa daño o cambios significativos en las células analizadas. Además, esta técnica puede diferenciar células con base en sus propiedades físicas, como tamaño, densidad, compresibilidad o una combinación de las tres. La realización del análisis no requiere un pre-procesamiento de enriquecimiento de células (cultivo) ni el uso de marcadores biológicos. Para la operación del sistema, se introduce una muestra de sangre al microcanal principal, la cual termina en una bifurcación (formando dos microcanales). Conviene aclarar que las CTC, por tener propiedades físicas diferentes de las de células normales, éstas sólo son afectadas por un rango de frecuencias específico. La muestra que circula por el microcanal principal es sometida a ondas acústicas que golpean células específicas, en función de la frecuencia de las vibraciones introducidas (figura 6). Es así como, aplicando ondas en determinada frecuencia, se puede dirigir las CTC hacia una de las dos salidas. Este método logra separar alrededor de 100 CTC/mililitro.

Actualmente, investigaciones en el área de microfluidos para la detección de CTC han sido desarrolladas con éxito; sin embargo, se necesita un mayor número de investigaciones para obtener un dispositivo comercial con alta confiabilidad y precisión. A futuro se podría comercializar chips con microcanales para la detección en tiempo real de CTC, mediante una pequeña muestra de sangre humana. Por esta razón, es necesario optimizar las geometrías de microcanales y microbombas; un ejemplo de esto sería disminuir o aumentar sus diámetros para obtener el flujo adecuado de las células dentro del microcanal; además, se requiere contar con nuevos materiales biocompatibles con una relación de costo-beneficio superior a la actual.
     En relación con los sistemas de separación que utilizan métodos acústicos, es necesario mejorar su estabilidad, pues, con el transcurso del tiempo en operación, las ondas acústicas rebotan en las paredes del microcanal, causando perturbaciones que reducen la eficiencia inicial del sistema.
     El mejoramiento de diferentes técnicas brindará una mayor confiabilidad y eficacia en las técnicas para la detección de las CTC y su estudio contribuirá a reforzar la lucha contra el cáncer.