Visualizando lo invisible: nueva etiqueta de ADN fluorescente revela características nanoscópicas de cáncer

Los investigadores han desarrollado una nueva etiqueta fluorescente que ofrece una imagen más clara de cómo se interrumpe la arquitectura del ADN en las células cancerosas. Los hallazgos podrían mejorar los diagnósticos de cáncer para los pacientes y la clasificación del riesgo futuro de cáncer.

Publicado hoy en Avances de la cienciael estudio encontró que el tinte de unión al ADN funcionó bien en muestras de tejido clínico procesadas y generó imágenes de alta calidad a través de microscopía de fluorescencia de superresolución.

«Mi laboratorio se centra en el desarrollo de técnicas de microscopía para visualizar lo invisible», dijo el autor principal Yang Liu, Ph.D., profesor asociado de medicina y bioingeniería en la Universidad de Pittsburgh. «Somos uno de los primeros grupos en explorar las capacidades de la microscopía de superresolución en el ámbito clínico. Anteriormente, mejoramos su rendimiento y robustez para el análisis de muestras clínicas de cáncer. Ahora, tenemos un tinte de ADN que es fácil de usar, que resuelve otro gran problema para llevar esta tecnología a la atención de los pacientes».

Dentro del núcleo de la célula, las hebras de ADN se enrollan alrededor de las proteínas como cuentas en un hilo. Los patólogos utilizan rutinariamente microscopios ópticos tradicionales para visualizar la alteración de este complejo ADN-proteína, o cromatina, como marcador de cáncer o lesiones precancerosas.

«Aunque sabemos que la cromatina cambia a escala molecular durante el desarrollo del cáncer, no hemos podido ver claramente cuáles son esos cambios. Esto me ha preocupado durante más de 10 años», dijo Liu, quien también es miembro de el Centro Oncológico UPMC Hillman. «Para mejorar el diagnóstico del cáncer, necesitamos herramientas para visualizar la estructura nuclear con una resolución mucho mayor».

En 2014, la invención de la microscopía de fluorescencia de superresolución, ganadora del Premio Nobel, fue un paso importante para hacer realidad la visión de Liu. Una molécula de interés se marca con un tinte fluorescente especial que parpadea como una estrella parpadeante. A diferencia de la microscopía de fluorescencia tradicional, que utiliza etiquetas que brillan constantemente, este enfoque implica encender solo un subconjunto de las etiquetas en cada momento. Cuando se superponen varias imágenes, se puede reconstruir la imagen completa, a una resolución mucho mayor que la que era posible anteriormente.

Hasta ahora, el problema era que los tintes fluorescentes no funcionaban bien en el ADN o en muestras clínicas de cáncer procesadas. Entonces, Liu y su equipo formularon una nueva etiqueta llamada Hoechst-Cy5 mediante la combinación de la molécula de unión al ADN Cy5 y un tinte fluorescente llamado Hoechst con propiedades de parpadeo ideales para la microscopía de superresolución.

Después de demostrar que la nueva etiqueta producía imágenes de mayor resolución que otros tintes, los investigadores compararon tejido colorrectal de lesiones normales, precancerosas y cancerosas. En las células normales, la cromatina está densamente empaquetada, especialmente en los bordes del núcleo. El ADN condensado brilla intensamente porque una mayor densidad de etiquetas emite una señal más fuerte, mientras que la cromatina suelta produce una señal más tenue.

Las imágenes muestran que a medida que el cáncer progresa, la cromatina se vuelve menos densa y la estructura compacta en el borde nuclear se altera severamente. Si bien estos hallazgos indican que la nueva etiqueta puede distinguir el tejido normal de las lesiones precancerosas y cancerosas, Liu dijo que es poco probable que la microscopía de superresolución reemplace a los microscopios tradicionales para tales diagnósticos clínicos de rutina. En cambio, esta tecnología podría brillar en la estratificación de riesgos.

«Las lesiones en etapa temprana pueden tener resultados clínicos muy diferentes», dijo Liu. «Algunas personas desarrollan cáncer muy rápidamente y otras permanecen en la etapa precursora durante mucho tiempo. La estratificación del riesgo de cáncer es un desafío importante en la prevención del cáncer».

Para ver si la estructura de la cromatina podría contener pistas sobre el riesgo futuro de cáncer, Liu y su equipo evaluaron a pacientes con síndrome de Lynch, una condición hereditaria que aumenta el riesgo de varios tipos de cáncer, incluido el cáncer de colon. Examinaron tejido colorrectal no canceroso de personas sanas sin síndrome de Lynch y pacientes de Lynch con o sin antecedentes personales de cáncer.

Las diferencias eran llamativas. En los pacientes de Lynch que anteriormente tenían cáncer de colon, la cromatina estaba mucho menos condensada que en las muestras sanas, lo que sugiere que la alteración de la cromatina podría ser un signo temprano del desarrollo del cáncer, incluso en tejidos que parecen completamente normales para los patólogos.

Para los pacientes de Lynch sin antecedentes personales de cáncer, algunos desarrollarán cáncer, mientras que otros no.

«Vemos una dispersión mucho mayor en este grupo, lo cual es muy interesante», dijo Liu. «Algunos pacientes se asemejan a los controles sanos, y algunos son más parecidos a los pacientes de Lynch que anteriormente tenían cáncer. Creemos que los pacientes con cromatina más abierta son los que tienen más probabilidades de desarrollar cáncer. Necesitamos seguir a estos pacientes a lo largo del tiempo para medir los resultados, pero estamos muy emocionados de que la interrupción de la cromatina en las células normales pueda predecir el riesgo de cáncer».

En un trabajo futuro, Liu y su equipo están interesados ​​en examinar la estructura de la cromatina en el tejido endometrial de las pacientes de Lynch, que también tienen un riesgo elevado de cáncer de endometrio. Los investigadores también recibieron fondos recientemente para analizar muestras de esputo de fumadores para la detección temprana del cáncer de pulmón.

Otros autores que contribuyeron a este estudio fueron Jianquan Xu, Ph.D., Xuejiao Sun, MS, Hongqiang Ma, Ph.D., Rhonda M. Brand, Ph.D., Douglas Hartman, MD y Randall E. Brand, MD, todo de Pitt; y Mingfeng Bai, Ph.D., y Kwangho Kim, Ph.D., ambos de la Universidad de Vanderbilt.