Tehnologia de comprimare celulară oferă o nouă evaluare a riscului de cancer mamar
Cercetătorii de la City of Hope® și Universitatea California, Berkeley, au creat o platformă microfluidică inovatoare care evaluează riscul de cancer mamar la nivel celular.
Această platformă unică apasă celulele epiteliale mamare individuale, creând un mediu stresant pentru a măsura modul în care acestea se deformează, se recuperează și se comportă sub stres, conform unui nou studiu publicat în Lancet’s eBioMedicine.
Întrucât mai mult de 90% dintre femei nu au o predispoziție genetică cunoscută sau un istoric familial de cancer mamar, această abordare inovatoare ar putea umple o lacună crucială în evaluarea riscurilor și ar putea salva nenumărate vieți.
„Pentru femeile cu un factor de risc genetic cunoscut pentru cancerul mamar, există măsuri care pot fi luate, cum ar fi urmarea unui protocol de screening cu risc crescut. Pentru toate celelalte, rămâne întrebarea: ‘Sunt eu la risc ridicat?’” a declarat Mark LaBarge, Ph.D., profesor în Departamentul de Științe ale Populației la City of Hope. „Prin traducerea modificărilor fizice ale celulelor în date cuantificabile, acest instrument oferă femeilor ceva concret de discutat cu medicii lor – nu doar estimări de risc, ci dovezi extrase direct din propriile celule.”
Cercetătorii de la cele două instituții au dezvoltat un algoritm de învățare automată care identifică și măsoară celulele ce prezintă semne de îmbătrânire accelerată, cuantificând un scor individual de risc pentru cancerul mamar. Este important de menționat că platforma AI folosește electronice simple, care ar putea fi ușor și accesibil de replicat la scară largă.
„Echipa noastră nu este prima care măsoară proprietățile mecanice ale celulelor; totuși, alte abordări necesită tehnologie avansată de imagistică, care este costisitoare, greoaie și cu disponibilitate limitată,” a spus Lydia Sohn, Ph.D., titular al scaunului Almy C. Maynard și Agnes Offield Maynard în Inginerie Mecanică la UC Berkeley. „În contrast, MechanoAge utilizează cipuri computerizate care sunt mai simple decât un Apple Watch și ‘piese Radio Shack’ care sunt ieftine și ușor de asamblat, ceea ce face ca dispozitivul să fie potențial foarte scalabil.”
Aproximativ 6% dintre femeile care dezvoltă cancer mamar poartă mutații genetice cunoscute. Pentru femeile din afara acestui grup, riscul este estimat indirect pe baza modelelor populaționale sau a măsurărilor precum densitatea mamară. Aceste abordări pot supraestima sau subestima riscul individual de cancer mamar al femeilor, ducând la suprascriere, sub-scriere, îngrijorări inutile sau semne de avertizare omise.
În prezent, nu există teste non-genetice disponibile care să poată identifica femeile cu risc mai mare de cancer mamar. Un dezavantaj al mamografiilor de screening este că acestea pot depista cancerul doar după ce acesta a început să crească. Cu platforma MechanoAge, cercetătorii au schimbat perspectiva științifică la nivel celular, calculând riscul prin căutarea modificărilor fizice în celulele individuale.
Utilizând această platformă inovatoare, cercetătorii au descoperit o informație neașteptată: celulele mamare par să aibă o „vârstă mecanică” separată de vârsta cronologică a unei persoane, demonstrată prin modul în care celulele răspund fizic la stres. Deși inginerii studiază îmbătrânirea materialelor precum metalele, betonul și polimerii, aceasta este prima dată când vârsta mecanică a fost cuantificată în celulele biologice. Această descoperire fundamentală nu ar fi fost posibilă fără MechanoAge.
„Am învățat că, cu cât vârsta mecanică este mai mare, determinată de modul în care celulele răspund la compresia din dispozitivul nostru microfluidic, cu atât riscul de cancer mamar este mai mare,” a declarat Dr. Sohn.
În acest tip de senzare mechano-node-pore, se măsoară un curent electric într-un canal umplut cu lichid, similar cu modul în care se măsoară curentul într-un fir. Pe măsură ce celulele trec, ele perturbă curentul, generând măsurători despre dimensiunea și forma celulelor. Prin îngustarea anumitor părți ale canalului, cercetătorii comprimă celulele și apoi măsoară cât timp durează fiecare celulă pentru a-și recăpăta forma normală.
Algoritmii de învățare automată dezvoltați de cercetători au fost apoi utilizați pentru a detecta diferențele între celulele femeilor mai în vârstă și cele ale femeilor mai tinere. Cercetătorii au descoperit că proprietățile fizice ale celulelor mamare se schimbau odată cu vârsta; celulele provenind de la femei mai în vârstă erau mai rigide și necesitau mai mult timp pentru a reveni după comprimare.
Apoi a apărut o descoperire surprinzătoare: un subset de femei mai tinere avea celule care se comportau ca și cum ar proveni de la femei mai în vârstă. Aceste celule proveneau de la femei cu mutații genetice care le expuneau la un risc ridicat de cancer mamar.
Cercetătorii au rafinat apoi algoritmul pentru a atribui un scor de risc pe baza tuturor proprietăților mecanice și fizice măsurate în celule. Acest algoritm a reușit să identifice femeile cu riscuri genetice cunoscute. Ulterior, echipa l-a utilizat pentru a compara celulele provenind de la femei sănătoase, femei cu istoric familial de cancer mamar și celule prelevate din sânul sănătos al femeilor cu cancer mamar în celălalt sân.
„Cu acuratețe, am putut să identificăm care femei erau la risc ridicat de cancer mamar și care femei nu păreau a fi,” a afirmat Dr. LaBarge.
Această lucrare a rezultat din peste 12 ani de colaborare între cele două laboratoare, combinând inovația în inginerie cu biologia cancerului și îmbătrânirii. Parteneriatul pe termen lung a permis descoperiri pe care niciun grup nu ar fi putut să le realizeze singur.
„Este o adevărată colaborare. Am învățat multe unii de la alții,” a spus Dr. Sohn.
„În opinia mea, aceasta este ceea ce se întâmplă atunci când ai o colaborare reală care se dezvoltă pe parcursul unei perioade lungi,” a adăugat LaBarge. „Acest rezultat nu este ceea ce ne-am imaginat la început.”
