Técnica de medición rápida de densidad celular ayuda a predecir respuesta a inmunoterapia

A medida que las células atraviesan procesos como la proliferación, la diferenciación o la muerte celular, pueden ganar o perder agua y otras moléculas, lo que provoca cambios en su densidad. Si bien el seguimiento de estos sutiles cambios en el estado físico de las células es complejo, especialmente con una resolución unicelular, un equipo de investigadores ha desarrollado una forma de medir la densidad celular de forma rápida y precisa, capturando datos de hasta 30.000 células en tan solo una hora. Este método también demuestra que los cambios en la densidad celular pueden utilizarse para realizar predicciones útiles, como determinar si células inmunitarias como los linfocitos T se han activado para combatir tumores o si las células tumorales responden a un fármaco específico.

A medida que las células cambian de estado, sus componentes moleculares, como lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, pueden volverse más densos o más dispersos. Medir la densidad celular proporciona una forma indirecta de observar esta concentración molecular. La nueva técnica para medir la densidad celular, desarrollada por investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, Cambridge, MA, EUA), se basa en avances previos en tecnologías de medición de células y partículas. En 2007, el equipo creó un dispositivo microfluídico conocido como resonador de microcanal suspendido (SMR), que consiste en una pequeña palanca de silicio que vibra a una frecuencia específica. A medida que una célula pasa por el canal, la frecuencia de la vibración cambia ligeramente, y la magnitud de este cambio puede utilizarse para calcular la masa celular.

En 2011, los investigadores modificaron la técnica para permitir la medición de la densidad celular. Para ello, las células pasan a través del dispositivo dos veces, cada vez suspendidas en un líquido diferente con densidades variables. La masa flotante de una célula (su masa mientras flota en el líquido) se determina por su masa y volumen absolutos. Al medir dos masas flotantes diferentes, los investigadores pueden calcular la masa, el volumen y la densidad de la célula. Si bien este método funciona eficazmente, requiere cambiar de fluido y pasar las células por cada uno, lo cual consume mucho tiempo y limita el número de células que se pueden medir. Para acelerar el proceso, el equipo combinó el dispositivo SMR con un microscopio de fluorescencia, lo que permite mediciones rápidas de volumen. El microscopio se coloca a la entrada del resonador y las células fluyen a través de él suspendidas en un tinte fluorescente que no es absorbido por las células. A medida que las células pasan por el microscopio, la disminución en la señal fluorescente proporciona la medición del volumen.

Tras medir el volumen celular, las células fluyen hacia el resonador, donde se mide su masa. Esta combinación de técnicas permite calcular rápidamente la densidad celular y medir hasta 30.000 células en tan solo una hora. Con este nuevo método, los investigadores rastrearon los cambios en la densidad de las células T tras su activación mediante moléculas señalizadoras. A medida que las células T pasan de un estado de reposo a uno activo, acumulan nuevas moléculas y agua. El equipo descubrió que la densidad celular descendió de un promedio de 1,08 gramos por mililitro a 1,06 gramos por mililitro entre su estado previo a la activación y el primer día de activación, lo que indica que las células se volvieron menos densas al absorber agua con mayor rapidez que otras moléculas. Los investigadores ahora están explorando cómo las mediciones de masa del SMR pueden utilizarse para predecir si las células T de pacientes con cáncer responderán a fármacos diseñados para desencadenar una respuesta inmunitaria antitumoral potente. Estudios preliminares sugieren que el uso conjunto de mediciones de masa y densidad proporciona una predicción más precisa que el uso de cualquiera de ellas por separado.

Otra aplicación prometedora de esta técnica es predecir cómo responderán las células tumorales a varios tratamientos contra el cáncer. En estudios anteriores, el equipo demostró que los cambios en la masa celular después del tratamiento podían predecir si las células tumorales estaban experimentando muerte celular inducida por fármacos. En este nuevo estudio, publicado en Nature Biomedical Engineering, los investigadores descubrieron que los cambios en la densidad celular también podrían proporcionar información similar. Al probar dos fármacos diferentes en células de cáncer de páncreas (uno al que las células eran sensibles y otro al que eran resistentes), descubrieron que los cambios de densidad después del tratamiento reflejaban con precisión las respuestas de las células. En el futuro, el equipo planea utilizar mediciones de la masa y la densidad celular para evaluar la aptitud de las células utilizadas en la producción de proteínas complejas, como los anticuerpos terapéuticos.

"Estos datos apuntan a la idea de que la densidad celular es un biomarcador interesante que cambia durante la activación de las células T y puede tener relevancia funcional en cuanto a qué tan bien pueden proliferar las células T", dijo Weida (Richard) Wu, científico investigador del MIT y autor principal del artículo.

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Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT)