Células malignas que deixam um tumor primário, viajar na corrente sanguínea e crescer fora de controle em novos locais causa a grande maioria das mortes por câncer. Nova nanotecnologia desenvolvida na Case Western Reserve University detecta essas metástases em modelos de camundongos de câncer de mama muito antes dos métodos atuais, um passo antes, diagnóstico e tratamento que salvam vidas.

Uma equipe de cientistas, engenheiros e alunos de cinco disciplinas construíram nanochains que se concentram em metástases antes de se transformarem em novos tecidos, e, por meio de ressonância magnética, detectar suas localizações.

Imagens da localização precisa e extensão das metástases podem ser usadas para guiar a cirurgia ou ablação, ou a mesma tecnologia usada para encontrar o câncer pode ser usada para entregar medicamentos que matam o câncer diretamente nas células antes que um tumor se forme, os pesquisadores sugerem.

O trabalho é descrito na edição online desta semana do jornal American Chemical Society. ACS Nano .

"As micrometástases não podem ser vistas a olho nu, mas você tem que pegá-los neste estágio - veja os pontos exatos em que eles estão localizados e veja todos eles, "disse Efstathios Karathanasis, professor assistente de engenharia biomédica e radiologia, e autor sênior. "Mesmo se você perder apenas um, você prolonga a sobrevivência, mas uma metástase ainda pode matar. "

Karathanasis trabalhou com o pesquisador associado Pubudu M. Peiris, o estudante de graduação Randall Toy; estudantes de graduação Elizabeth Doolittle, Jenna Pansky, Aaron Abramowski, Morgan Tam, Peter Vicente, Emily Tran, Elliott Hayden e Andrew Camann; estudante de medicina Zachary Berman, Pesquisadora sênior associada Bernadette O. Erokwu, professor de engenharia biomédica David Wilson, o professor associado de engenharia química Harihara Baskaran; e, da Case Western Reserve School of Medicine, o professor assistente de radiologia Chris A. Flask e a professora associada de farmacologia e vice-presidente de departamento Ruth A. Keri.

As tecnologias de detecção de tumor falham em descobrir células cancerosas que se instalaram em novos locais porque as metástases jovens não se comportam da mesma forma que os tumores estabelecidos.

Depois que uma célula de câncer de mama entra na corrente sanguínea, na maioria das vezes para no fígado, baço ou pulmões e começa a superexpressar moléculas de superfície chamadas integrinas. As integrinas atuam como uma cola entre a célula cancerosa e o revestimento de um vaso sanguíneo que alimenta o órgão.

"Temos como alvo integrinas, "Karathanasis disse." As paredes normais dos vasos sanguíneos não apresentam integrinas em direção ao local do sangue, a menos que as células cancerosas se fixem lá. "

Para localizar o marcador de câncer, os pesquisadores primeiro precisaram construir um nano dispositivo que sairia do fluxo central da corrente sangüínea e chegaria às paredes dos vasos sangüíneos. A forma mais comum de nanopartículas é uma esfera, mas uma esfera tende a seguir o fluxo.

A equipe de Karathanasis adaptou nanopartículas para conectar umas às outras como uma pilha de Legos. Devido ao seu tamanho e forma, a corrente oblonga despenca da corrente principal e contorna as paredes dos vasos.

O exterior da cadeia possui vários locais projetados para se ligar com integrinas. Uma vez que um site se conecta, outros agarram. Comparado com nanoesferas, a taxa de fixação das correntes em testes de fluxo foi quase 10 vezes maior.

Para permitir que um médico veja onde algumas células cancerosas se situam em um mar de células saudáveis, os cientistas incorporaram marcadores fluorescentes e, para tornar as nanochains mais visíveis em imagens de ressonância magnética, quatro elos feitos de óxido de ferro.

Próximo, a equipe testou as cadeias em um modelo de camundongo de uma forma agressiva de câncer de mama que metastatiza em locais e órgãos da mesma forma que ocorre em humanos.

A partir de pesquisas estabelecidas, eles sabiam que as metástases estariam presentes cinco semanas após o início da modelagem. Eles injetaram nanochains na corrente sanguínea e, dentro de uma hora, duas técnicas de imagem - tomografia molecular de fluorescência e ressonância magnética - mostraram onde as células cancerosas em viagem estabeleceram pontos de apoio, principalmente no fígado, pulmões e baço.

As metástases localizadas usando as nanochains variaram de 0,2 a 2 milímetros de diâmetro.

Imagens posteriores em alta ampliação mostraram que essas células cancerosas metastáticas foram encontradas principalmente nas paredes dos vasos sanguíneos, antes que eles tivessem tempo para crescer em tecido orgânico.

"Uma vez que as células metastáticas se movem para o tecido, desenvolver seu próprio microambiente, e crescer em uma lesão de 1 centímetro, normalmente indica um estágio avançado de doença metastática que tem um desfecho desfavorável, "Karathanasis disse.

De acordo com a American Cancer Society, a taxa de sobrevivência de 5 anos de pacientes com câncer de mama diminui drasticamente de 98 por cento nos casos que contraem a doença quando ela produziu apenas uma lesão primária localizada para 23 por cento nos casos em que grandes metástases distantes cresceram.

Agora que eles provaram que o conceito funciona, a equipe está trazendo radiologistas clínicos a bordo, liderados por Vikas Gulani, professor assistente de radiologia. O trabalho deles é ajudar com um novo estudo, calcular quanto câncer novo a tecnologia encontra e não percebe.