La humilde tinta en la aguja de un tatuador podría ser la clave para mejorar la detección del cáncer, gracias a la nueva investigación del Departamento de Ingeniería Biomédica de Viterbi de la USC.

La profesora asistente de WiSE Gabilan en el departamento con un laboratorio en el Centro Michelson de USC para la Biociencia Convergente, Cristina Zavaleta y su equipo desarrollaron recientemente nuevos agentes de contraste para imágenes usando tintes comunes como la tinta de tatuaje y los tintes de alimentos.

Cuando estos tintes se unen a las nanopartículas, pueden iluminar los cánceres, permitiendo a los profesionales médicos diferenciar mejor entre las células cancerosas y las células normales adyacentes.

El trabajo ha sido publicado en Biomaterials Science.

La detección temprana es crucial para que los pacientes tengan los mejores resultados posibles del cáncer; una enfermedad que afectará a más del 38% de los estadounidenses en algún momento de su vida.

Sin embargo, la detección es difícil sin buenos agentes de imagen; materiales de contraste que, cuando se inyectan en los pacientes, permiten que las imágenes como la resonancia magnética y la tomografía computarizada funcionen con mayor sensibilidad y especificidad, permitiendo a los profesionales médicos diagnosticar con precisión, y a los cirujanos identificar los márgenes exactos de los tumores.

"Por ejemplo, si el problema es el cáncer de colon, esto se detecta a través de la endoscopia", dijo Zavaleta. "Pero un endoscopio es literalmente sólo una linterna en el extremo de un palo, por lo que sólo dará información sobre la estructura del colon - se puede ver un pólipo y saber que hay que hacer una biopsia."

"Pero si pudiéramos proporcionar herramientas de imagen para ayudar a los médicos a ver si ese pólipo en particular es canceroso o simplemente benigno, tal vez ni siquiera necesiten tomarlo", dijo.

Las nanopartículas iluminadas se mueven a través de un vaso sanguíneo para encontrar el cáncer.

Los colorantes fueron incorporados en las nanopartículas para permitir un contraste de imagen más sensible cuando se identifican células cancerosas.

Para lograr esto, el equipo ha descubierto una fuente única de agentes de contraste óptico de los colorantes y pigmentos domésticos que encontramos rutinariamente.

Estas "tintas ópticas" pueden ser adheridas a las nanopartículas cancerígenas para mejorar la detección y localización del cáncer.

Los tintes y pigmentos fueron descubiertos a partir de colorantes comunes que ya tienen la aprobación de la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA), lo que el equipo espera que pueda permitir que se apliquen con mayor facilidad y seguridad en la práctica de la imagen.

Para Zavaleta, la inspiración surgió en un lugar inusual: una clase de animación con artistas de Pixar en Emeryville, California, el hogar del famoso estudio.

Zavaleta, que disfruta del arte y la animación entre sus hobbies, dijo que estaba intrigada por las tintas y pinturas que los artistas trajeron a la clase.

"Estaba pensando en cómo estas pinturas de pigmentos realmente altos, como las acuarelas de guache, eran brillantes de una manera que no había visto antes, y me preguntaba si tenían propiedades ópticas interesantes", dijo Zavaleta.

La idea la llevó al artista de tatuajes en el cercano San Francisco, Adam Sky, otro artesano que trabaja con tintes brillantes.

"Recuerdo que traje una placa de 96 pozos y él echó tinta de tatuaje en cada uno de los pozos", dijo Zavaleta. "Luego llevé las tintas a nuestro escáner Raman (utilizado para detectar sensiblemente nuestras nanopartículas tumorales) y descubrí estas asombrosas huellas espectrales que podíamos utilizar para codificar nuestras nanopartículas. Fue súper genial".

Uno de los desafíos de seguridad de la imagenología usando nanopartículas, es que a menudo estas nanopartículas pueden tener una retención prolongada en órganos como el hígado y el bazo, que son responsables de tratar de descomponer la nanopartícula.

Debido a estas preocupaciones de seguridad, es crucial considerar los nanomateriales biodegradables.

Actualmente, hay una cantidad limitada de agentes de contraste óptico aprobados para uso clínico.

Con esto en mente, el equipo de Zavaleta consideró los colorantes alimenticios comunes que podrían ser usados para decorar las nanopartículas, como los colorantes que se encuentran en los dulces de colores como los Skittles y los M&Ms.

Estos productos alimenticios de colores brillantes que los humanos consumen habitualmente han sido considerados por la FDA como seguros para el consumo humano.

"Pensamos, veamos algunos de los tintes de drogas, cosméticos y alimentos aprobados por la FDA que existen y veamos cuáles son las propiedades ópticas entre esos tintes", dijo Zavaleta. "Y ahí es donde terminamos encontrando que muchos de estos tintes aprobados por la FDA tienen propiedades ópticas interesantes que podríamos explotar para la imagen."

El equipo ha desarrollado una nanopartícula que llevará estos agentes de imagen altamente pigmentados como "carga útil".

Zavaleta dijo que las partículas tienen un tamaño específico que les permite penetrar pasivamente en áreas tumorales, pero también pueden ser retenidas debido a su tamaño.

La mayoría de los agentes de contraste para imágenes que se usan hoy en día en la clínica son tintes de moléculas pequeñas.

"Con las moléculas pequeñas, es posible que al principio se vean acumularse en las zonas tumorales, pero habría que ser rápido antes de que terminen dejando la zona del tumor para ser excretadas", dijo Zavaleta. "Nuestras nanopartículas resultan ser lo suficientemente pequeñas para filtrarse, pero al mismo tiempo lo suficientemente grandes para ser retenidas en el tumor, y eso es lo que llamamos el efecto de permeabilidad y retención mejorada".

La nanopartícula también puede ser "decorada" con una mayor carga útil del colorante que los anteriores agentes de imagen de moléculas pequeñas, lo que el equipo ha demostrado bajo imágenes de fluorescencia conduce a una señal más brillante y a una localización significativa de las nanopartículas en los tumores.

"Si encapsulas un montón de tintes en una nanopartícula, vas a poder verla mejor porque será más brillante", dijo Zavaleta. "Es como usar un paquete de tintes en lugar de un solo colorante".

Fuente: University of Southern California