Hoy es el día internacional del cáncer de mama, y me parece que la mejor forma en la que puedo contribuir es contando nuestro último artículo publicado, que precisamente trata de ese tema. Tengo que decir, como advertencia, que no soy experto en biología y mucho menos en medicina, pero quizá por eso tenga me sienta más orgulloso de haber conseguido este pequeño avance viniendo de un mundo tan diferente.

Principales cánceres que afectan a mujeres y hombres. (Fuente: statista)

El dato que creo que sirve para ilustrar lo que pretendemos es el siguiente: cada 18 segundos se diagnostica un caso de cáncer de mama. Si el diagnóstico es precoz, la tasa de supervivencia de este cáncer puede ser muy alta (hasta del 90%), pero se reduce mucho (a un 15%) si se encuentra en un estado más avanzado. Por ese motivo, además de los avances en el tratamiento conviene dirigir nuestros esfuerzos hacia mejores métodos de diagnóstico. Algunos de los métodos más comunes y conocidos son la mamografía, la biopsia, o la resonancia magnética, pero no son los únicos. Con estos métodos se suele detectar entre el 80-90% de los casos.

A parte de los métodos convencionales, el otro método más utilizado para la detección del cáncer de mama es la medición de biomarcardores. Un biomarcador es una molécula como un gen mutado o una proteína que se expresa en las células tumorales, es decir, que indica la progresión de la enfermedad. El cáncer de mama, como otros tipos de cáncer, tiene algunos biomarcadores característicos (por si os interesa algunos de los más conocidos son el BRCA1 y el HER-2). Pero para no alargar la historia os diré que nosotros nos centramos únicamente en uno: el micro-RNA21 (permitidme usar las siglas inglesas), porque tiene una sensibilidad muy alta y es bastante específico. ¿Cómo se forma ese micro-RNA? Pues aquí os dejo un pequeño vídeo donde se ve mejor de lo que yo lo puedo explicar.

La pregunta, claro, es: ¿cómo podemos detectar un biomarcardor? Bueno, la idea es emplear algún dispositivo que sea capaz de comunicarse con él y con nosotros. A esos dispositivos los llamamos biosensores y constan de tres partes: un marcador (la molécula que queremos detectar), un receptor (la molécula que reconoce el biomarcador, es decir, que interacciona con él) y un transductor (el observador que se encarga de indicarnos si ha habido o no reconocimiento; una especie de semáforo de compatibilidad entre las dos partes). Un ejemplo de biosensor es, por ejemplo, el oxímetro que se ha puesto tan de moda con el coronavirus o el medidor de glucosa que usan los diabéticos.

Un oxímetro es un biosensor pensado para detectar un biomarcador concreto, el oxígeno en sangre.

El caso del oxímetro es parecido al nuestro porque usa un método óptico (de transducción), es decir, que detecta el oxígeno usando la luz que es absorbida por la sangre a través de la hemoglobina. ¿Se podría hacer algo parecido con el micro-RNA21 que nosotros buscamos para el cáncer de mama? Idealmente, para hacerlo necesitamos tener un material de partida que responda a la luz cuando lo medimos. Pues bien, nosotros hemos elegido un material inorgánico, el MoS₂. Esto no es tan impresionante hasta que os digo que en realidad el material que utilizamos, y que crecen nuestros compañeros de Alabama en su horno, es bidimensional (2D). Y cuando digo bidimensional quiero decir que tiene un espesor de 3 capas atómicas: ¡0.65 nm! O sea que sí, es bastante plano.

Monocapa cristalina de MoS2. (Fuente: Wikipedia)

Podéis preguntaros cómo sabemos que es tan pequeño, y habría muchas respuestas, pero os voy a dar dos: la primera es porque lo hemos medido (por microscopía atómica y de electrones) y la segunda es porque se puede ver (a simple vista en el microscopio óptico) Este material se crece sobre zafiro, y al tratar de reproducir su estructura cristalina, el MoS₂ empieza a organizarse en copos triangulares. Al igual que pasa con los copos de nieve, la naturaleza no produce geometrías concretas sin una razón. Que nuestro material forme triángulos indica que el crecimiento ha sido ordenado y que ese material es muy fino, así que a partir de ahora lo llamaré 2D-MoS2.

Imagen de microsopio electrónico de nuestros copos bidimensionales de MoS2 sobre zafiro.

Queremos un material como el 2D-MoS2 por dos razones. La primera es que emite luz roja cuando lo medimos con un láser (tiene luminiscencia), así que nos va a servir como semáforo para saber si el biomarcador está presente o no. La segunda es que al ser bidimensional reacciona mucho ante cualquier cambio en la superficie y, por tanto, nos permite saber si alguna molécula interesante se ha posado en ella. Así que ya está, tenemos el transductor. Sólo nos falta el receptor y el marcador.

Como receptor necesitamos una molécula que sea capaz de reconocer el biomarcador que buscamos (micro-RNA21), lo que llamamos una sonda de captura. Por un lado esta sonda tiene que unirse al sustrato de 2D-MoS2 y por otro unirse al biomarcador, que es una cadena simple de bases nitrogenadas (AGCTU). Puesto que sabemos de antemano el biomarcador que queremos detectar, lo que hacemos es elegir una sonda complementaria, es decir, otra cadena que permita que se enlacen entre ellas cuando se encuentren. Una vez que sabemos eso, para anclar esa cadena de reconomiento, lo que hacemos es añadir en su extremo un grupo funcional que la ancla al sustrato. Si os suena complicado es porque lo es, pero por resumirlo en fácil: el receptor es una cadena simple de DNA tuneada que se pirra por nuestro micro-RNA21.

El enlace de cadenas por medio de sus bases nitrogenadas es lo que usamos para reconocer el biomarcador del cáncer. [Fuente: Wikipedia]

Así que ya tenemos nuestro transductor (2D-MoS2) y el receptor. Podéis pensar que así cualquiera hace un experimento, porque ya hemos preparado nuestra muestra para que se enlace al biomarcador. Y tenéis parte de razón (hacerlo no es tan sencillo), pero no os distraigáis: la cuestión importante es que, aunque el marcador se enlace… ¡nadie sabe si eso cambia la luz que emite nuestro sustrato! Nuestro sensor funcionará sólo si cuando se eche el marcador la luz se modifica de manera apreciable.

Nuestro sistema de biosensado para el marcador del cáncer de mama. Los mapas de luminiscencia muestran que sólo se produce cambio de luz cuando se coloca el marcador. [Advertencia: el color del mapa no es el color real emitido por el copo.]

¡Pues midamos! Eso lleva su tiempo, meses de trabajo para ser concretos. Hay que pescar varios copos en el sustrato, medir su luminiscencia cuando está anclado el bioreceptor, y luego medirla otra vez con (y sin) el biomarcador. Pero se puede hacer. ¿Qué ocurre? Como podéis ver en la imagen de arriba, cuando se pone el biomarcador la luz cambia de color, cosa que no hace con la muestra de control. La luz, de hecho, se vuelve más roja de lo que era, muy poquito (16 nm en su longitud de onda), pero lo suficiente para que lo podamos ver. Podemos detectar el biomarcador del cáncer por medio de la luz.

Y éste es nuestro pequeño paso en la detección del cáncer de mama. Queda mucho para poder hacer de esto algo rutinario que le sirva a miles de pacientes. Es más, quizá el método que acabamos de descubrir nunca llegue a usarse porque haya otros mejores. Pero en un día como éste podemos permitirnos un pensamiento feliz y recordar a Machado, que decía que «hoy es siempre todavía«.

@DayInLab