Biopsia líquida: aplicación de métodos ópticos y metabólicos para la detección y caracterización de ácidos nucleicos, proteínas y células en sangre periférica de pacientes con cáncer.

El examen patológico clásico de los tumores (morfo-histológico) es incapaz de delinear todas las dimensiones de la enfermedad clínica que son requeridas en la práctica. Por otro lado, la caracterización molecular de los tumores, aplicada de forma consistente en oncología clínica, no solo identifica la enfermedad, sino que añade valor predictivo y pronóstico y tiene el potencial de definir objetivos terapéuticos específicos. El estudio anátomo patológico convencional comienza típicamente con la obtención de una muestra de tejido sólido (o citología) mediante una biopsia invasiva. Posteriormente, la muestra se analiza en el laboratorio por histo/inmunohistoquímica (HC / IHC). Este procedimiento permite determinar las características morfológicas y la expresión de biomarcadores en los tejidos estudiados, alcanzándose así un diagnóstico y un pronóstico. Además de la lentitud de este proceso, que implica varias fases: preanalítica (fijación, inclusión, procesamiento y corte), analítica (permeabilización, tinción y visualización) y las etapas post-analíticas (interpretación y diagnóstico), la biopsia de tejido suele ser bastante compleja, ya que es dolorosa, potencialmente dañina para el paciente y costosa. Además, no permite monitorizar la evolución de la enfermedad en tiempo real y, en algunos casos, ni siquiera es factible su realización. Por lo tanto, el desarrollo de métodos no invasivos para detectar, caracterizar y monitorizar tumores es un desafío fundamental en oncología. La denominada biopsia líquida consiste en la detección y caracterización de células tumorales circulantes en la sangre, así como los ácidos nucleicos, proteínas o exosomas asociados a ellas. Ofrece la oportunidad de investigar el tumor primario y, simultáneamente, la metástasis. A diferencia de las biopsias tradicionales que requieren una cirugía u otros procedimientos invasivos, la biopsia líquida se realiza a través de la toma de muestras de sangre. Más importante aún, la biopsia líquida proporciona una visión dinámica del tumor, ya que puede realizarse en los sucesivos tiempos de evolución de la enfermedad tumoral, permitiendo una monitorización seriada de su curso, una definición rápida de sensibilidad o resistencia a los tratamientos y, finalmente, un diagnóstico precoz de las recaídas. Pero pese a las ventajas que ofrece este método diagnóstico, aún no hay una tecnología validada clínicamente. Las dos principales limitaciones de la biopsia líquida para su validación son: 1-Tecnológica: la complejidad de las tecnologías disponibles, al implicar una alta especialización y centralización (como la citometría de flujo, la PCR o la secuenciación.), son muy costosas y por ello no están disponibles en el “punto de atención al paciente”. 2-Estratégica: la heterogeneidad de los tumores limita los métodos de detección actuales, basados en dianas predefinidas, limitando la capacidad de detección de la mayor parte de las poblaciones celulares. En esta tesis doctoral se proponen, desarrollan y demuestran cuatro nuevos procedimientos que comparten el objetivo común de intentar superar estas dos limitaciones: • La aplicación de la técnica de análisis SERS para la detección de mutaciones específicas de tumores en ácidos nucleicos circulantes (cfDNA de k-RAS en cáncer de colon) sin recurrir a PCR ni Secuenciación. • La aplicación de un dispositivo optofluídico para la detección de células tumorales de cáncer de mama. • La detección de células tumorales mediante manipulación del efecto Warburg, común a más del 80% de los tipos de tumor. • La detección subrogada de células tumorales mediante el análisis SERS de la proteína c-MYC, amplificada en prácticamente todos los tipos tumorales. Dichas tecnologías y estrategias se demuestran teórica y experimentalmente en los artículos compilados en esta tesis, confirmándose su efectividad en pacientes reales. Constituyen una prueba de concepto de su utilidad clínica e inician los primeros ensayos observacionales para su validación clínica.