La curiosidad nunca mató al científico

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El perro, el mejor amigo del hombre para detectar cáncer

PerrínLos perros son animales que llevan domesticados desde aproximadamente 14000 años, y a parte de hacernos compañía, nos ayudan en muchísimas situaciones de la vida diaria. Tienen una capacidad tremenda para aprender y cooperar con los humanos. Todos hemos visto, al menos en la TV, algún perro que le lleva el periódico o las zapatillas a su dueño.

En la mayoría de sus actividades su excelente olfato juega un papel crucial, lo utilizan para identificar cantidad de cosas, o incluso para comunicarse. Su aparato olfatorio es realmente especial. El área del epitelio olfatorio en la cavidad nasal de los perros es mucho mayor que en los humanos. Los pastores alemanes tienen más de 200 millones de células olfatorias en un área de 170 cm2, mientras que en los humanos sólo hay 5 millones de células en 5 cm2 de epitelio olfatorio. El aparato olfatorio de los perros asegura que suficiente moléculas llegan a los receptores de la nariz, y es capaz de detectar medio millón de compuestos olorosos en concentraciones traza que son imperceptibles a la nariz humana.

Los perros entrenados se utilizan para diferentes fines como rastreo, detección de sustancias (explosivos, drogas), identificación de personas por su olor, o búsqueda de víctimas de desastres, entre otras. Es evidente su eficacia en todas estas actividades y se buscan nuevos fines donde puedan ser útiles. Uno de estos novedosos fines es el empleo del extraordinario olfato que poseen para la detección de cáncer en personas, a través del olor que despiden esas personas, al menos hasta que el desarrollo de los métodos descritos en el artículo anterior, en Curiosidades de un químico soñador, sean mejorados.

Todo empezó con el informe sobre dos casos donde perros se comportaban de manera especial con una parte de la piel de sus dueños y tras el análisis médico se demostró que los perros habían identificado tumores en la piel de sus dueños. Muchos de los resultados obtenidos usando perros entrenados son prometedores, sin embargo, estudios más profundos son necesarios para tener una certeza elevada en el uso de los canes para la detección de cáncer.

Los trabajos de investigación publicados hasta ahora demuestran que los perros, tras un entrenamiento apropiado son capaces de discriminar muestras de aliento, orina, heces o tejidos cancerosos de pacientes con cáncer de pulmón, mama, próstata u ovarios de las respectivas muestras obtenidas de humanos sanos con una sensibilidad y selectividad mayor que el 80%.
Por ahora, no se ha podido obtener información sobre a que sustancias químicas el olfato de los perros está respondiendo o la cantidad de estas sustancias. Si en el futuro se pudiera correlacionar, sería un posible método para obtener biomarcadores de cáncer en el olor.

Nariz de perro

Habrá que tener especial atención al entrenamiento de los perros en los estudios donde se obtienen buenos resultados, ya que el entrenamiento puede ser una pieza clave para el resultado exitoso de los análisis.

El análisis biomédico está abierto a diferentes situaciones innovadoras que claramente tengan una base científica, y cuyos buenos resultados se hayan obtenido tras seguir el método correcto de la ciencia.

Aquí tenemos un motivo más para tratar bien a nuestras mascotas, un día podrían detectarnos un cáncer precozmente y salvarnos la vida.

ResearchBlogging.orgBogusław Buszewski, Joanna Rudnicka, Tomasz Ligor, Marta Walczak, Tadeusz Jezierski, & Anton Amann (2012). Analytical and unconventional methods of cancer detection using odor Trends in Analytical Chemistry, 38 DOI: 10.1016/j.trac.2012.03.019

Tu aliento podría decirte si padeces cáncer

Sin duda alguna, una de las enfermedades más importantes que existen en la actualidad es el cáncer. Un porcentaje muy alto de la población tienen, han tenido o tendrán cáncer en algún momento de su vida, y la posibilidad de no recuperarse es bastante elevada, dependiendo del tipo de cáncer.

Por tanto, se está poniendo especial enfásis y bastantes recursos en intentar acabar con esta enfermedad. Mientras llega ese esperado día, es muy importante detectar la patología de una manera precoz, incluso antes de no padecer ninguno de los síntomas. Se están investigando métodos de detección que posean características favorables para el paciente, que no sean invasivos, sin dolor y lo más simples y rápidos posible. Muchos de estos métodos son bastantes novedosos, como la detección de cáncer mediante el análisis del aliento.

Existen evidencias de que algunos compuestos orgánicos volátiles (VOCs), como hidrocarburos, alcoholes, aldehídos o cetonas que pueden ser detectados en el aliento de un paciente son posibles marcadores de cáncer.

Existen diferentes técnicas analíticas con las que se pueden realizar el análisis de estos compuestos volátiles, pero destacan dos: cromatografía de gases con espectrometría de masas (GC-MS) y “arrays” de sensores de gases (nariz electrónica).

Equipo de Cromatografía de gases - Espectrómetro de gases

Equipo de Cromatografía de gases – Espectrómetro de masas

Evidentemente, el análisis de VOCs para detectar cáncer es un método de screening, y por tanto para la total seguridad de que el paciente padece la enfermedad es necesario un análisis más específico e intrusivo, como una biopsia. Pero es una buena opción, por su bajo coste y sencillez, para hacer chequeos globales de la población y encontrar más pacientes con tiempo de tratar su enfermedad. Se necesita más trabajo para identificar, con absoluta certeza, más marcadores de cáncer que se encuentren en el aliento y que aparezcan en las fases más tempranas de la enfermedad, pero el futuro de estos métodos es muy prometedor.

Nariz electrónica para análisis de gases

Nariz electrónica para análisis de gases

Gracias a los investigadores se está consiguiendo que la detección de diferentes enfermedades cada vez sea más fácil, rápida y barata.

ResearchBlogging.orgBogusław Buszewski, Joanna Rudnicka, Tomasz Ligor, Marta Walczak, Tadeusz Jezierski, & Anton Amann (2012). Analytical and unconventional methods of cancer detection using odor Trends in Analytical Chemistry, 38 DOI: 10.1016/j.trac.2012.03.019

Métodos de screening para la detección de enfermedades

¿Os imagináis un mundo en el que los análisis para la detección de enfermedades sean rápidos y baratos? Pues ese mundo, en cierta medida, existe. Es el mundo de los métodos analíticos de screening.

Estos métodos de screening son análisis simples que se utilizan para la identificación o el descarte de patologías en pacientes. Se utilizan para obtener una información rápida sobre esas patologías. Generalmente, si el resultado es positivo, se necesita realizar un análisis más concluyente para confirmar la enfermedad.

Los métodos de screening pueden ser:

  • cualitativos: ofrecen información sobre si una sustancia se encuentra en una muestra o no.
  • cuantitativos: ofrecen información sobre la concentración de una sustancia en una muestra.
  • semicuantitativos: ofrecen una cuantificación de un compuesto de manera no numérica, por ejemplo: positivo (++), posible positivo (+), posible negativo (-), negativo (–).

Lo más común en la actualidad es encontrarse con métodos de screening cualitativos, de manera que si una sustancia se encuentra por debajo de un límite de concentración se toma como resultado negativo y si supera esa concentración, el resultado es positivo. Pero también existen métodos de screening cuantitativos y semicuantitativos.

Las características generales que presentan estas herramientas es un precio más bajo y una mayor rapidez que los análisis más concluyentes para detectar cierta enfermedad. Generalmente son más simples y utilizan una menor cantidad de muestra, además de emplear dispositivos pequeños y desechables, de usar y tirar.

Estos métodos de screening pueden llevarse a cabo de dos maneras principales: por detección sensorial (cambio de color u olor) o por detección instrumental (espectroscopia, electroanálisis).

Algunos ejemplos implantados

Quizás las herramientas para realizar análisis clínicos de screening más implantadas en la actualidad son las tiras reactivas. Estas tiras están impregnadas de ciertos reactivos de reconocimiento de unas sustancias, llamadas biomarcadores, que aparecen en el organismo cuando existe una patología. Al añadir la muestra del paciente sobre la tira, se obtendrá un resultado cualitativo, positivo o negativo. Las muestras para este tipo de reactivos suelen ser no invasivas como orina, saliva o sangre.

Test de embarazo

Probablemente, el método de screening más conocido es el test de embarazo. A partir de los 10 días después de producirse un embarazo, las mujeres embarazadas generan una hormona llamada gonadotropina coriónica humana (hCG por sus siglas en inglés). Esta hormona está presente en la sangre y en la orina.

Este test determina la presencia o ausencia de esta hormona en la orina. Por tanto, es un test cualitativo que proporciona la información de si una mujer está embarazada o no. Se realiza adicionando unas pocas gotas de orina sobre una tira química reactiva que contiene anticuerpos contra la hCG y alguna sustancia indicadora. La complejidad de estas tiras puede variar según la marca del test de embarazo, pueden existir anticuerpos monoclonales y policlonales contra la hCG, producirse mediante un ensayo tipo sandwich, un ensayo de inhibición de la aglutinación, un inmunoensayo de flujo lateral, etc.

Si se produce la reacción inmunológica, el test será positivo y existirá un código de colores para informar a la persona sobre el resultado.

Dos rayas

Una de las metodologías utilizadas en la actualidad en los tests de embarazo consiste en lo siguiente:

  • la tira reactiva contiene tres tipos de anticuerpos en tres zonas diferentes de la tira: la zona de reacción, zona de test, y la zona de control.
  • la tira reactiva se pone en contacto con la orina que se moverá a través de las zonas de la tira.
  • En la zona de reacción existe un anticuerpo monoclonal para hCG. Si existe hCG en la orina, se unirá al anticuerpo.
  • En la zona de test existe un anticuerpo policlonal para hCG y un colorante. Si existe hCG en la orina, vendrá unido de la anterior zona con el anticuerpo monoclonal y reaccionará con el anticuerpo policlonal de esta zona, generando un cambio de color.
  • En la zona de control se valida que el test se ha llevado a cabo correctamente. En esta zona se encuentra un tercer anticuerpo (con colorante) que reaccionará con los anticuerpos monoclonales libres que provienen de la zona de reacción, produciendo un cambio de color si el test funcionó.

Test de embarazo

Una prueba más fiable sería la determinación cuantitativa de esta hormona en la sangre. La hCG aparece en sangre más temprano que en orina, y además, su concentración puede dar información sobre el desarrollo del embarazo y de si existe algún problema.

Tiras reactivas para TSOH

El cáncer de colon es uno de los cánceres más comunes que existen. Para la detección precoz de este tipo de cáncer se realiza el test de sangre oculta en heces (TSOH). Si la prueba es positiva se necesita realizar una prueba posterior más concluyente, como una colonoscopia, para conocer el origen de esa sangre.

Para la realización de el TSOH se emplean unas tiras reactivas que tras la adición de la muestra (heces) y de un reactivo sobre la tira, se observa un cambio de color que indica el resultado del test.

Existen dos principales tipos de TSOH: los tests químicos (TSOH-Q) y los test inmunológicos (TSOH-I), aunque ambos detectan hemoglobina humana en las heces, su funcionamiento es diferente.

Tiras TSOH

Las tiras TSOH-Q se basan en una reacción química de oxidación que está catalizada por la hemoglobina humana. Poseen un indicador químico que si se produce la reacción anterior cambiará de color mostrando información sobre el resultado.

Las tiras TSOH-I se basan en una reacción inmunológica específica entre la hemoglobina humana y un anticuerpo. Este tipo de tiras son más selectivas que las tiras TSOH-Q al basarse en una reacción biológica, pero también son más caras.

Algunos ejemplos de investigación reciente

La investigación en sensores electroquímicos para la detección de enfermedades ha aumentado en los últimos años, debido a que las herramientas utilizadas son fácilmente miniaturizables y de bajo precio, como los electrodos serigrafiados. Se están investigando métodos de screening utilizando estos sensores, que poseen la ventaja de poder ser cuantitativos. Estoy seguro que estos dispositivos serán utilizados en los próximos años a gran escala en hospitales y centros médicos.

Existen muchos trabajos sobre sensores electroquímicos para la detección rápida de diferentes enfermedades, voy a poner un ejemplo sobre su aplicación en el diagnóstico de tumores:

Bisensor para PSA

El cáncer de próstata es el segundo tipo de cáncer más común en hombres. Un método de screening para la detección del cáncer de próstata es la determinación de la proteína PSA (prostate specific antigen). Esta proteína puede encontrarse libre o unida a otras proteínas. Si la concentración de PSA en el suero sanguíneo supera una concentración, el riesgo de padecer cáncer de próstata es alto. Si está por debajo de un nivel, el riesgo es muy bajo, mientras que existe una zona en la que puede haber riesgo o no. En esta zona, se obtiene una mayor información obteniendo las concentraciones de la PSA libre y la PSA unida a otras proteínas. Por tanto, es importante la determinación de los niveles cuantitativos de ambos tipos de PSA en el mismo análisis. Si el resultado es positivo se necesita realizar una prueba posterior, como una biopsia, para confirmar la patología.

Gracias a la versatilidad de los electrodos serigrafiados que pueden tener diferentes diseños, es posible la determinación simultánea de varias sustancias de manera cuantitativa. Existe un trabajo desarrollado en el que se construye un inmunosensor para la detección de PSA libre y PSA total. De esta manera, en el mismo análisis se puede obtener información bastante acertada de la posibilidad de poseer cáncer de prostata.

Bisensor de PSA (prostate specific antigen)

El diseño y funcionamiento de este bisensor es básicamente el siguiente: cada electrodo de carbono del bisensor (en la misma tarjeta) se nanoestructura con nanopartículas de oro, se modifican con un anticuerpo monoclonal diferente, uno específico para la PSA libre y otro para la PSA total (libre y unida a proteínas). Esa sería la tarjeta sensora. Para la realización del análisis, se adiciona la muestra, de manera que la PSA libre se une a su anticuerpo específico y en el otro anticuerpo se unen tanto PSA libre como PSA unida a proteínas. A continuación, se adiciona un segundo anticuerpo marcado, de manera que se realiza un ensayo tipo sandwich (como se puede ver en la figura anterior). En este caso, la marca es la fosfatasa alcalina que trabaja como enzima de una reacción que es medida electroquímicamente.

Conclusiones

Las dos características más importantes de estos métodos son el bajo precio y la rapidez del análisis, en comparación con otros métodos que pueden diagnosticar la enfermedad de manera concluyente. Aunque existen métodos de screening que pueden dar ese diagnóstico definitivo, gran parte de ellos se utilizan como pruebas rápidas para descartar o no ciertas patologías. En mi opinión, el gran reto para este tipo de análisis es dejar de ser meros métodos de screening y convertirse en métodos de análisis definitivos, que su resultado presente información absoluta del diagnóstico del paciente. Creo firmemente que esto se puede conseguir en el futuro, y que los análisis que nos hagamos dentro de 20 años van a ser más rápidos, más baratos, menos invasivos para las personas, y la fiabilidad de los resultados para diagnosticar una enfermedad será muy alta. Además, al disminuir el precio, estos análisis podrán ser accesibles por un mayor número de personas.

Hay que seguir trabajando en esta linea.

Referencias

ResearchBlogging.org
Escamilla-Gómez, V., Hernández-Santos, D., González-García, M.B., Pingarrón-Carrazón, J.M., & Costa-García, A. (2009). Simultaneous detection of free and total prostate specific antigen on a screen-printed electrochemical dual sensor Biosensors and Bioelectronics, 24 (8), 2678-2683 DOI: 10.1016/j.bios.2009.01.043

Este artículo participa en la XII Edición del Carnaval de la Química que este mes organiza @MariaDocavo en su blog Historias con mucha Química.