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 FIGURA 1. Proceso de metástasis.
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 cáncer es un proceso de crecimiento descontrolado de células capaz de generar la formación de un tumor sobre un tejido específico que, además, se puede esparcir hacia cualquier lugar del cuerpo mediante un proceso de diseminación llamado metástasis. De acuerdo con datos de la Organización Mundial de la Salud (OMS), el cáncer es la segunda causa de mortalidad en el ámbito mundial; sólo en México, las estadísticas indican que representa la tercera causa de muerte entre su población.
En 2012, la OMS registró 14 millones de nuevos pacientes con cáncer, más de 60% de los cuales se presentaron, principalmente, en zonas de África, Asia, Centroamérica y Sudamérica; regiones en las que se registró como muertes debidas a este padecimiento 70%. En 2015, el número fue de 8.8 millones.1 Los principales casos diagnosticados correspondieron a cáncer de pulmón, próstata, colon y recto; estómago e hígado, en hombres, y cáncer de mama, colon y recto, pulmón, cuello uterino y estómago, en las mujeres.1 En 2012 también se hizo una proyección de 22 millones de nuevos pacientes en el mundo, durante los siguientes 20 años.
El porcentaje de pacientes con cáncer debido a cambios genéticos hereditarios es cercano a 10%; en cambio, el porcentaje restante puede ser resultado de causas ambientales y el estilo de vida de los pacientes.2 Por ejemplo, factores de riesgo para el desarrollo de cáncer son: el consumo de alcohol, obesidad, gran exposición a humo de tabaco y radiación, virus del papiloma humano, virus de la hepatitis B, bacteria Helicobacter pylori e inactividad física.
Para combatir el cáncer en un nuevo paciente, en primer lugar es indispensable identificar el tipo de cáncer y, posteriormente, aplicar el tratamiento más adecuado. Por ende, es muy importante el desarrollo de nuevos métodos de detección de cáncer en pacientes, para lo cual, en los últimos años, hemos contado con aquellos orientados a la detección y clasificación de células cancerosas mediante el uso de micro y nanotecnología; la gran ventaja es que estas tecnologías requieren volúmenes pequeños de muestra, tiempos de procesamiento más rápidos y disminución de costos considerable. Además, con micro y nanotecnología es posible monitorear diferentes parámetros en un mismo estudio, para obtener mayor cantidad de información sobre las condiciones de los pacientes.
FIGURA 2. Dispositivo de microfluidos usado para estudiar el crecimiento de las poblaciones microbianas.10 FIGURA 3. Esquema de proceso de fabricación mediante litografía suave.
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).
(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 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. FIGURA 4. Esquema de funcionamiento de un chip de CTC.12 FIGURA 5. Chip con membrana de filtración. a) esquema de los principales componentes, b) esquema del principio de operación.13 FIGURA 6. Vista superior de los microcanales para separación de CTC usando ondas acústicas diseñadas por Peng y colaboradores:14 a) Flujo de células cuando el generador de ondas se encuentra apagado, b) separación de las CTC de las células normales, c) acercamiento en la salida del microcanal donde son recolectadas las CTC, d) vista de la salida del microcanal que contiene glóbulos blancos.
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.
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.
Es Ingeniero mecánico graduado de la Universidad Veracruzana. Realizó su trabajo de tesis en el diseño y modelado de un microsistema para la detección de células tumorales circulantes. Actualmente, realiza estudios de Maestría en Ciencias en Micro y Nanosistemas, en el Centro de Investigación en Micro y Nanotecnología, de la Universidad Veracruzana. C. e.: Ingeniero.ramses26@gmail.com
Estudió Ingeniería mecánico-eléctrica, en la Universidad Veracruzana, así como Maestría y Doctorado en Ingeniería mecánica, en la Universidad de Guanajuato. Actualmente es investigador en el Centro de Investigación en Micro y Nanotecnología, de la Universidad Veracruzana. Ha publicado más de 40 artículos científicos en revistas indexadas y es miembro del SNI. Sus áreas de interés incluyen sistemas microelectromecánicos y nanoelectromecánicos, vibraciones mecánicas, fractura y método del elemento finito. C. e.: leherrera@uv.mx