A capacidade de rastrear com precisão o movimento das células cancerígenas à medida que elas se metastizam para outros locais do corpo pode permitir que os oncologistas direcionem melhor as terapias e iniciem os tratamentos mais cedo.
Para conseguir isso, pesquisadores da Faculdade de Medicina da Universidade de Stanford desenvolveram o CellGPS, um método extremamente sensível e preciso de rastreamento de células únicas usando a tomografia por emissão de pósitrons (PET). Eles descrevem a técnica e sua viabilidade de rastrear a migração de células únicas em camundongos de laboratório na Nature Biomedical Engineering.
Os pedidos de rastreamento único de células cancerígenas usando CellGPS incluem modelagem e investigação dos estágios iniciais da migração metastática, incluindo a circulação de aglomerados de células tumorais no sangue e o papel das forças hemodinâmicas, adesão celular, fluxo sanguíneo e interações biomecânicas. O CellGPS também pode ser usado para medir de maneira não invasiva as rotas e a cinética da mobilização de células imunes em resposta a lesões.
A técnica CellGPS usa nanopartículas de sílica mesoporosa (MSNs) para transferir eficientemente radionuclídeos em células para rastreamento de células em tempo real. Os pesquisadores rotularam as nanopartículas com gálio 68 (68Ga), um radiometal com meia-vida de 67 minutos que é comumente usado para imagens PET de tumores neuroendócrinos e câncer de próstata metastático. Para aumentar a carga celular, eles revestiram as nanopartículas com uma bicamada lipídica. Os MSNs com diâmetro de 200 nm e tamanho de poro de 4 nm transportavam 68Ga para as células vivas de câncer de mama MDA-MB-231 (um modelo comum de metástase de câncer de mama nos pulmões), atingindo um nível de radioatividade de quase 100 Bq por célula.
Os pesquisadores avaliaram inicialmente a atividade metabólica das células após a marcação radioativa, observando que houve uma pequena redução (5 a 15%) na atividade metabólica geral em 24 horas. Eles verificaram que o dano ao DNA nas células, embora detectável, não resultou em diferenças biológicas significativas na apoptose, proliferação e migração.
Após determinar as configurações ideais para a aquisição de imagens e dados de PET, os pesquisadores injetaram aproximadamente 100 células de câncer de mama marcadas com 68Ga-MSNs por via intravenosa em camundongos. Eles usaram o PET para confirmar que as células cancerígenas estavam presas nos pulmões. Quando posteriormente reduziram o número de células injetadas para apenas uma, o PET-CT mostrou um único foco de acúmulo de radiotraçador nos pulmões, aparecendo como um ponto quente de aproximadamente 1,7 mm de diâmetro.
Os pesquisadores também usaram dados de PET para rastrear dinamicamente a posição de uma célula em movimento in vivo. Usando os dados em modo de lista do scanner, eles calcularam a posição 3D de uma única célula injetada na veia da cauda através de um cateter borboleta. A célula, viajando a uma velocidade de até 50 mm / s, foi rastreada até os pulmões dentro de 3 s após a injeção intravenosa. Sua localização correspondia ao sinal focal observado na imagem PET-CT convencional.
Para demonstrar que células únicas podem ser visualizadas além da meia-vida de 67 minutos de 68Ga, os pesquisadores também testaram o fluxo de trabalho CellGPS usando zircônio-89 (89Zr, um radionuclídeo emissor de pósitrons com meia-vida de 78 horas). Eles injetaram intravenosamente células únicas marcadas com 89Zr-MSNs em dois ratos e as fotografaram por vários dias usando PET. Um único foco de captação pôde ser detectado nos pulmões por até 48 horas e permaneceu estável.
O investigador principal Guillem Pratx e seus colegas afirmam que as duas descobertas mais importantes de sua pesquisa são que o PET é suficientemente sensível à imagem de células únicas estáticas marcadas com mais de 20 Bq por célula de 68Ga, e que células migratórias únicas podem ser rastreadas dinamicamente diretamente da lista dados PET
“A metodologia CellGPS pode ser estendida para permitir o rastreamento de várias células simultaneamente no mesmo indivíduo”, explicam eles. “No caso de terapias celulares nas quais milhões de células são injetadas, será possível marcar e rastrear um pequeno subconjunto de células usando a metodologia CellGPS”.
“Planejamos impulsionar a tecnologia para permitir o rastreamento de várias células individuais ao mesmo tempo no mesmo indivíduo, multiplexando os sinais PET”, diz Pratx à Physics World. “Também planejamos investigar novas aplicações nas quais a migração celular é fundamental, principalmente na área de rastreamento de células imunes para aplicações de imunoterapia contra câncer, medicina regenerativa de células-tronco e modelos mais avançados de metástase de câncer”.
Publicado em 17/07/2020 06h34
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