Se necesita mucho menos tejido para analizar proteínas y genes tumorales con nuevo método

27 de marzo de 2020, por el Equipo del NCI

Ilustración de una biopsia con aguja gruesa. Los investigadores diseñaron una manera de usar el tejido de una sola biopsia con aguja gruesa para analizar el perfil de expresión proteica (información de las proteínas) de un tumor y sus cambios genéticos.
Crédito: Gentileza de Mayo Clinic

Para un número creciente de cánceres, el análisis de tumores para detectar cambios genéticos permite obtener información importante, como saber si un paciente puede recibir una terapia dirigida específica. Sin embargo, los biólogos especialistas en tumores cada vez entienden mejor el valor de integrar información a muchos otros niveles que van más allá de los cambios del ADN. Esto les ayuda a comprender cómo funcionan los tumores, incluso detalles sobre las proteínas en las células tumorales.

Esta vez, los investigadores diseñaron una manera de hacer análisis moleculares combinados en la que se usa mucho menos tejido que antes. Con este método “a microescala”, los investigadores lograron descubrir por qué algunas mujeres con cáncer de seno respondieron bien a un tratamiento dirigido mientras que otras no.

Los autores del estudio consideran que este método podría ser un avance para incorporar el análisis de proteínas tumorales, que se conoce como proteómica, a la atención del cáncer. Hasta ahora, se necesitaba mucho tejido para que el análisis proteómico fuese de utilidad clínica inmediata. Sin embargo, en este estudio, el tejido de una biopsia con aguja gruesa alcanzó para estudiar el perfil de expresión proteica de un tumor, así como sus cambios genéticos.

Mediante biopsias con aguja gruesa de 14 mujeres con cáncer de seno positivo para HER2 obtenidas tanto antes como después de iniciar el tratamiento, un equipo de investigación de la Facultad de Medicina de Baylor y el Instituto Broad pudo explicar por qué 5 de estas mujeres no respondieron a la terapia dirigida a HER2, a diferencia de 9 mujeres que sí respondieron.

Los resultados del estudio patrocinado por el NCI se publicaron el 27 de enero en Nature Communications.

“Este método es muy interesante”, comentó el doctor George Sledge, un oncólogo especialista en cáncer de seno en el Centro Médico de la Universidad Stanford. El doctor Sledge anticipa que este método atraerá el interés general del mundo científico y médico de quienes trabajan en el campo del cáncer de seno, sobre todo si se valida en un grupo más grande de pacientes en varios centros médicos.

Elemento fundamental del genoma

A menudo, el cáncer se describe como una enfermedad del genoma, es decir, que los cambios en el ADN causan el cáncer. El genoma da instrucciones para elaborar proteínas, las cuales controlan la proliferación celular; por este motivo los medicamentos de precisión suelen apuntar a las proteínas.

“Las proteínas son el elemento fundamental del genoma; son las que realizan casi todas las funciones celulares clave, incluso en las células cancerosas”, dijo uno de los investigadores del estudio, el doctor Steven Carr, director principal de investigaciones proteómicas en el Instituto Broad. Sin embargo, aún no hay forma general de medir las proteínas ni los cambios químicos que afectan el comportamiento de estas en una prueba que se aplique en un entorno clínico.

Hay muchos tipos de pruebas genéticas que ya se usan en el campo clínico. Por ejemplo, muchas terapias dirigidas incluyen lo que se conoce como “pruebas diagnósticas con fines terapéuticos” aprobadas para identificar las alteraciones tumorales genéticas específicas sobre las que actúan esos medicamentos. Además, la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) aprobó pruebas genómicas más completas, que se usan cada vez más para analizar los cánceres metastásicos, añadió el doctor Sledge.

“La gran mayoría de los medicamentos se dirigen a las proteínas. La manera más eficiente de averiguar si un medicamento será eficaz es analizar de forma directa la molécula a la que se dirige”, señaló el doctor Henry Rodríguez, director de la Oficina para Investigaciones Clínicas y Proteómicas sobre el Cáncer (OCCPR) del NCI. La OCCPR supervisa el Consorcio Clínico y Proteómico para Análisis Tumorales, del cual son miembros los equipos de Baylor y Broad.

Diseño de un proyecto de proteogenómica a microescala

Hasta ahora, para los análisis conjuntos de proteínas y cambios genéticos, que se conocen como la proteogenómica, se necesitaban “pedazos de tumor del tamaño de una moneda de 10 centavos de dólar” que se extirpaban durante la cirugía, explicó el doctor Matthew Ellis, director del Centro Mamario Lester and Sue Smith en Baylor.

En cambio, las biopsias con aguja gruesa se obtienen en un entorno ambulatorio, en una etapa más temprana de la atención del paciente que una cirugía, para ayudar a hacer el diagnóstico y a dirigir la terapia inicial. En las biopsias con aguja gruesa se saca mucho menos tejido que en una cirugía, por lo que los investigadores en Broad y Baylor diseñaron técnicas para obtener información parecida de estas muestras mucho más pequeñas.

Para hacer análisis proteogenómicos con las muestras quirúrgicas, el tejido se suele congelar y luego pulverizar para usar material uniforme en los análisis de ADN, ARN y proteínas, explicó el doctor Shankha Satpathy, del Instituto Broad y miembro del equipo del estudio. Sin embargo, no hay suficiente tejido en las biopsias con aguja gruesa para seguir este método. Esta vez, el tejido de las biopsias con aguja se cortó en láminas delgadas que luego se cambiaron de orden para obtener una muestra uniforme de láminas.

Para extraer toda la información posible con tan poco material, los investigadores tomaron ADN y proteína al mismo tiempo, y luego marcaron las proteínas para facilitar su detección y clasificación en un dispositivo llamado espectrómetro de masas. Los investigadores indicaron que también combinaron las muestras de proteínas de tal manera que se pudieran comparar con precisión.

Para que sirva en el entorno clínico, es necesario usar con eficiencia el tiempo y el tejido durante el análisis proteogenómico. En la actualidad, el análisis genómico tarda de 2 a 3 semanas, dijo el doctor Sledge. A veces la espera es un tormento para los pacientes, pero “vale la pena si se obtiene información más precisa y da una idea más clara sobre las opciones de tratamiento”, añadió.

El doctor Carr dijo que, si continúan los avances, confía que estas técnicas lograrán resultados genómicos y proteómicos en un plazo que se aproxima al de las técnicas genómicas.

Demostración en la práctica: cáncer de seno positivo para HER2

A fin de ver cómo el método rediseñado para el análisis proteogenómico podría funcionar en una situación real, los investigadores probaron en muestras tumorales de mujeres diagnosticadas con cáncer de seno positivo para HER2 que recibían tratamiento con trastuzumab (Herceptin), un anticuerpo que se une a las proteínas HER2 e inhiben su actividad.

Al menos un quinto de las pacientes diagnosticadas con cáncer de seno positivo para HER2 no responden de forma adecuada al trastuzumab, explicó el doctor Ellis. Sería muy valioso averiguar quiénes son estas pacientes. El trastuzumab es costoso y a veces produce efectos secundarios graves. Además, añadió que dar a los pacientes medicamentos a los que no responden demora el uso de tratamientos que tal vez sean más beneficiosos.

Los investigadores analizaron muestras de biopsias con aguja gruesa de un número reducido de mujeres con cáncer de seno positivo para HER2 antes del tratamiento con trastuzumab y de nuevo entre 48 y 72 horas después de iniciarlo. Los investigadores descubrieron que los análisis proteogenómicos permiten explicar por qué algunas pacientes respondieron al medicamento mientras que otras no.

En las 9 pacientes que respondieron al tratamiento, los investigadores descubrieron que los niveles de actividad de la proteína HER2 estaban más bajos después del tratamiento que antes de este. Entre las 5 pacientes que no respondieron al tratamiento, la proteogenómica proporcionó pistas importantes del por qué. “Por ejemplo, en dos casos las células tumorales presentaron amplificación de HER2, pero la expresión de la proteína HER2 fue baja, lo que indica un resultado positivo falso de la prueba clínica”, explicó el doctor Satpathy.

El tumor de otra paciente presentó niveles altos de expresión de HER2, pero también sobreexpresión de mucina, una proteína que recubre las superficies celulares capaz de inhibir la unión del trastuzumab a HER2 en las células cancerosas.

En un análisis más a fondo del tumor de esta paciente se observó la actividad elevada de una proteína llamada mTOR. En pruebas de laboratorio con células de cáncer de seno que presentan sobreexpresión de proteínas de mucina y HER2, la combinación de trastuzumab con everólimus (Afinitor), un medicamento dirigido a mTOR, eliminó las células cancerosas con éxito.

“En la era de las terapias dirigidas, es vital saber que se eligió la terapia correcta y que esta será eficaz”, dijo el doctor Ellis.

“Estos son datos de la población positiva para HER2, pero no hay ningún motivo por el que este método proteogenómico no se aplique a otras poblaciones”, señaló el doctor Sledge, quién dio como ejemplo a las mujeres con cáncer de seno triple negativo e incluso otros cánceres.