¿Sólido, líquido o gaseoso? Técnica identifica rápidamente el estado físico de tejidos y tumores

El método podría ser una ruta hacia diagnósticos de cáncer más rápidos y menos invasivos.

A medida que un organismo crece, la sensación también cambia.

En las etapas iniciales, un embrión adquiere un estado casi fluido que permite que sus células se dividan y expandan.

A medida que madura, sus tejidos y órganos se reafirman en su forma final.

En determinadas especies, este estado físico de un organismo puede ser un indicador de su etapa de desarrollo, e incluso del estado general de su salud.

Ahora, investigadores del MIT han descubierto que la forma en que se organizan las células de un tejido puede servir como huella digital para la “fase” del tejido.

Han desarrollado un método para decodificar imágenes de células en un tejido para determinar rápidamente si ese tejido se parece más a un sólido, líquido o incluso a un gas.

El equipo espera que su método, que han denominado “toma de huellas dactilares configuracional“, pueda ayudar a los científicos a rastrear los cambios físicos en un embrión a medida que se desarrolla.

De manera más inmediata, están aplicando su método para estudiar y eventualmente diagnosticar un tipo específico de tejido: los tumores.

En el cáncer, ha habido evidencia que sugiere que, al igual que un embrión, el estado físico de un tumor puede indicar su etapa de crecimiento.

Los tumores que son más sólidos pueden ser relativamente estables, mientras que los crecimientos más fluidos podrían ser más propensos a mutar y hacer metástasis.

Los investigadores del MIT están analizando imágenes de tumores, tanto cultivados en el laboratorio como biopsiados de pacientes, para identificar huellas dactilares celulares que indiquen si un tumor es más parecido a un sólido, líquido o gas.

Ellos prevén que los médicos algún día pueden hacer coincidir una imagen de las células de un tumor con una huella celular para determinar rápidamente la fase de un tumor y, en última instancia, la progresión del cáncer.

“Nuestro método permitiría un diagnóstico muy fácil de los estados del cáncer, simplemente examinando las posiciones de las células en una biopsia”, dice Ming Guo, profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT.

“Esperamos que, simplemente mirando dónde están las células, los médicos puedan saber directamente si un tumor es muy sólido, lo que significa que aún no puede hacer metástasis, o si es más fluido y un paciente está en peligro“.

En un sólido perfecto, los componentes individuales del material se configuran como una red ordenada, como los átomos en un cubo de cristal.

Si cortaras una rebanada del cristal y la pusieras sobre una mesa, verías que los átomos están dispuestos de modo que puedas conectarlos en un patrón de triángulos repetidos.

En un sólido perfecto, como el espacio entre los átomos sería exactamente el mismo, los triángulos que los conectan serían típicamente de forma equilátera.

Guo tomó esta construcción como plantilla para una estructura perfectamente sólida, con la idea de que podría servir como referencia para comparar las configuraciones celulares de tejidos y tumores reales, menos que perfectamente sólidos.

“Los tejidos reales nunca están perfectamente ordenados“, dice Guo.

“En su mayoría están desordenados. Pero aún así, existen diferencias sutiles en cuanto a su desorden “.

Siguiendo esta idea, el equipo comenzó con imágenes de varios tipos de tejidos y utilizó software para mapear las conexiones triangulares entre las células de un tejido.

En contraste con los triángulos equiláteros en un sólido perfecto, los mapas produjeron triángulos de varias formas y tamaños, indicando células con un rango de orden espacial (y desorden).

Para cada triángulo de una imagen, midieron dos parámetros clave: orden volumétrico o el espacio dentro de un triángulo; y orden de corte, o qué tan lejos está la forma de un triángulo de la equilátera.

El primer parámetro indica la fluctuación de la densidad de un material, mientras que el segundo ilustra qué tan propenso es el material a deformarse.

Descubrieron que estos dos parámetros eran suficientes para caracterizar si un tejido se parecía más a un sólido, líquido o gas.

“Estamos calculando directamente el valor exacto de ambos parámetros, en comparación con los de un sólido perfecto, y utilizando esos valores exactos como nuestras huellas digitales“, explica Guo.

El equipo probó su nueva técnica de toma de huellas dactilares en varios escenarios diferentes.

La primera fue una simulación en la que modelaron la mezcla de dos tipos de moléculas, cuya concentración aumentaron gradualmente.

Para cada concentración, mapearon las moléculas en triángulos y luego midieron los dos parámetros de cada triángulo.

A partir de estas mediciones, caracterizaron la fase de las moléculas y pudieron reproducir las transiciones entre gas, líquido y sólido, que se esperaba.

“La gente sabe qué esperar en este sistema tan simple, y esto es exactamente lo que vemos“, dice Guo.

“Esto demostró la capacidad de nuestro método“.

Luego, los investigadores aplicaron su método en sistemas con células en lugar de moléculas.

Por ejemplo, miraron videos, tomados por otros investigadores, de un ala de mosca de la fruta en crecimiento.

Aplicando su método, pudieron identificar regiones en el ala en desarrollo que se transformaron de un estado sólido a un estado más fluido.

“Como líquido, esto puede ayudar con el crecimiento“, dice Guo.

“Todavía se está investigando cómo sucede exactamente eso“.

Él y su equipo también desarrollaron pequeños tumores a partir de células de tejido mamario humano y observaron cómo los tumores crecían zarcillos en forma de apéndice, signos de metástasis temprana.

Cuando mapearon la configuración de las células en los tumores, encontraron que los tumores no invasivos se parecían a algo entre un sólido y un líquido, y los tumores invasivos eran más gaseosos, mientras que los zarcillos mostraban un estado aún más desordenado.

“Los tumores invasores se parecían más al vapor y quieren extenderse e ir a todas partes”, dice Guo.

“Los líquidos apenas se pueden comprimir. Pero los gases son comprimibles, pueden hincharse y encogerse fácilmente, y eso es lo que vemos aquí “.

El equipo está trabajando con muestras de biopsias de cáncer humano, que están obteniendo imágenes y analizando para perfeccionar sus huellas dactilares celulares.

Finalmente, Guo prevé que el mapeo de las fases de un tejido puede ser una forma rápida y menos invasiva de diagnosticar múltiples tipos de cáncer.

“Los médicos generalmente tienen que tomar biopsias y luego teñir para diferentes marcadores según el tipo de cáncer, para diagnosticar”, dice Guo.

“Quizás algún día podamos usar herramientas ópticas para mirar dentro del cuerpo, sin tocar al paciente, para ver la posición de las células y saber directamente en qué etapa del cáncer se encuentra un paciente“.

Fuente: Tech Explorist