O método poderá ajudar a prever se imunoterapias funcionarão num paciente ou como um tumor irá responder ao tratamento com fármacos.
Monitorizar estas pequenas alterações no estado físico das células é difícil numa grande escala, especialmente com resolução a nível de célula única, mas uma equipa de investigadores do MIT encontrou agora uma forma de medir a densidade celular de forma rápida e precisa — conseguindo analisar até 30.000 células numa única hora.
Os investigadores também demonstraram que as alterações na densidade podem ser usadas para fazer previsões valiosas, incluindo saber se células imunitárias como os linfócitos T foram ativadas para destruir tumores ou se células tumorais são suscetíveis a um determinado fármaco.
“Estas previsões baseiam-se todas na observação de mudanças muito pequenas nas propriedades físicas das células, que nos dizem como elas vão responder,” explica Scott Manalis, Engenheiro e Professor na Universidade David H. Koch de Engenharia nos departamentos de Engenharia Biológica e Engenharia Mecânica, e membro do Koch Institute for Integrative Cancer Research.
Manalis é o autor sénior do novo estudo, publicado hoje na revista Nature Biomedical Engineering. O autor principal do artigo é Weida (Richard) Wu, cientista investigador do MIT.
Medir a densidade
A nova técnica de medição da densidade apresentada neste estudo baseia-se em trabalho que o laboratório de Manalis tem vindo a desenvolver nas últimas duas décadas, criando tecnologias para medir células e partículas minúsculas. Em 2007, o seu laboratório desenvolveu um dispositivo microfluídico conhecido como resonador de microcanais suspenso (suspended microchannel resonator, SMR), que consiste num microcanal integrado num minúsculo cantilever de silício que vibra a uma frequência específica. À medida que uma célula passa através do canal, a frequência da vibração altera-se ligeiramente, e a magnitude dessa alteração permite calcular a massa da célula.
Para criar um sistema rápido e eficiente, os investigadores combinaram o dispositivo SMR com um microscópio fluorescente, que permite medições do volume celular. O microscópio é posicionado na entrada do resonador, e as células passam através do dispositivo enquanto estão suspensas num corante fluorescente que não pode ser absorvido pelas células. Quando uma célula passa pelo microscópio, a queda no sinal fluorescente permite determinar o seu volume.
Depois de medido o volume, as células seguem para o resonador, onde a massa é registada. Este processo, que permite um cálculo rápido da densidade, pode medir até 30.000 células por hora.
“Em vez de fazer as células passarem duas vezes pelo cantilever para obter a densidade, quisemos criar um método mais simples, em que as células só têm de passar uma vez,” explica Wu. “A partir da massa e volume da célula, conseguimos calcular a sua densidade, sem comprometer a precisão nem o rendimento.”
Avaliar células T
Os investigadores usaram esta nova técnica para acompanhar o que acontece à densidade das células T após serem ativadas por moléculas sinalizadoras.
A Travera, uma empresa em fase clínica cofundada por Manalis, está a utilizar as medições de massa do SMR para prever se os linfócitos T de pacientes oncológicos irão responder a fármacos que estimulam a resposta imunitária contra tumores. A empresa também começou a usar a técnica de medição de densidade, tendo estudos preliminares mostrado que o uso combinado de medições de massa e densidade é muito mais preciso do que qualquer uma das abordagens isoladamente.
“A massa e a densidade revelam algo sobre a competência global das células imunitárias,” afirma Manalis.
Usar medições físicas das células para monitorizar a sua ativação imune “é muito entusiasmante e poderá oferecer uma nova forma de avaliar e medir alterações nas células imunitárias em circulação,” afirma Genevieve Boland, professora associada de cirurgia na Harvard Medical School e vice-presidente de investigação no Departamento Integrado de Cirurgia do Mass General Brigham, que não participou no estudo.
“É um método complementar, mas muito diferente dos atualmente usados para avaliação imunitária no cancro e noutras doenças, oferecendo potencialmente uma ferramenta inovadora para auxiliar decisões clínicas quanto à necessidade e escolha da terapia oncológica, permitir o acompanhamento da resposta ao tratamento e/ou a deteção precoce de efeitos adversos em terapias baseadas no sistema imunitário,” acrescenta.
Fazer previsões
Outra aplicação potencial desta abordagem é prever como células tumorais vão responder a diferentes fármacos oncológicos. Em trabalhos anteriores, Manalis demonstrou que seguir alterações na massa celular após tratamento pode prever se uma célula tumoral está a entrar em apoptose induzida por fármacos. No novo estudo, descobriu que a densidade também pode revelar essas respostas.
Nessas experiências, os investigadores trataram células de cancro pancreático com dois fármacos diferentes — um ao qual as células são suscetíveis e outro ao qual são resistentes. Descobriram que as alterações na densidade após o tratamento refletiam com precisão as respostas conhecidas das células.
“Captamos algo nas células que é altamente preditivo logo nos primeiros dias após serem retiradas do tumor,” afirma Wu. “A densidade celular é um biomarcador rápido para prever a resposta a fármacos in vivo de forma muito atempada.”
O laboratório de Manalis está agora a trabalhar no uso das medições de massa e densidade para avaliar a aptidão de células utilizadas na produção de proteínas complexas, como anticorpos terapêuticos.
“À medida que as células produzem essas proteínas, podemos aprender com estes marcadores de aptidão celular e estado metabólico para tentar prever quão bem as células conseguem produzi-las, e, esperamos, no futuro, também orientar estratégias de design e controlo para melhorar ainda mais o rendimento dessas proteínas complexas,” conclui Wu.
A investigação foi financiada pelo Paul G. Allen Frontiers Group, pelo Virginia and Daniel K. Ludwig Fund for Cancer Research, pelo MIT Center for Precision Cancer Medicine, pelo Stand Up To Cancer Convergence Program, pela Bristol Myers Squibb e pelo Koch Institute Support (core) Grant do National Cancer Institute.
FONTE: MIT
