Amparo Tolosa, Genotipia

El desarrollo de las biopsias líquidas en las últimas décadas ha proporcionado una herramienta para conocer el estado del organismo con amplias posibilidades para la práctica clínica. Su premisa básica, la identificación de biomarcadores en un fluido corporal, de forma no invasiva, ofrece la posibilidad de obtener información de tejidos no accesibles y es aplicable a numerosas patologías, desde el cáncer a enfermedades infecciosas como COVID-19.

Con más de dos décadas dedicadas profesionalmente a las biopsias líquidas, María José Serrano conoce bien la versatilidad y potencial de esta técnica. Investigadora principal del centro Genyo (Centro Pfizer-Universidad de Granada-Junta de Andalucía de Genómica e Investigación Oncológica), directora científica de la División de Biopsias Líquidas en el Hospital Virgen de las Nieves de Granada y vicepresidenta de la Sociedad Internacional de Biopsia Líquida, Serrano es una apasionada de las biopsias líquidas y una generadora de ideas sobre cómo pueden contribuir a mejorar la asistencia y cuidado de los pacientes en diferentes enfermedades o estados patológicos.

También es pionera en el estudio de las células tumorales circulantes, células que se liberan al torrente sanguíneo desde el tejido canceroso y constituyen una de las fuentes de información más completas para las biopsias líquidas.

Siguiendo su máxima personal de romper con la inercia y con el objetivo de trabajar en cáncer, a finales de los años 90 Serrano comenzó a trabajar en la diseminación del cáncer, en un momento en el que la detección de células de tumores sólidos en sangre era un terreno poco explorado y apenas habían empezado a poder detectarse mutaciones en ADN tumoral circulante. “Necesitaba un nicho diferente al que había. El cáncer es una enfermedad que me parece biológicamente preciosa. Es sumamente compleja”, señala la investigadora. “Tenía clara la enfermedad en la que trabajar y luego me enamoré de las células tumorales circulantes y del resto de las biopsias líquidas”.

Poco después, uno de los primeros trabajos de Serrano, publicado en el International Journal Cancer, demostró, por primera vez, que las células tumorales circulantes eran un factor pronóstico en pacientes de cáncer de mama y además se asociaba a la expresión de receptores de estrógenos. Los resultados de este y otros estudios preliminares mostraban que las biopsias líquidas podían tener una utilidad clínica real, lo que abrió un abanico de oportunidades para la medicina, algunas de las cuales, como cuenta Serrano, ya se aplican en la actualidad.

El potencial informativo de los fluidos corporales

Cuando se habla de biopsia líquida, entendida como identificación de analitos en fluidos corporales obtenidos de forma no invasiva, la sangre, que circula por prácticamente todo el organismo, ofrece amplias posibilidades de monitorización en tiempo real, lo que Serrano considera el principal objetivo de la biopsia líquida, especialmente en cáncer, que es una patología heterogénea que varía a lo largo del tiempo.  Sin embargo, la sangre no es el único fluido corporal susceptible de ser analizado, como tampoco es el más adecuado para todos los casos.

“Además de la sangre está la saliva, el semen, la orina y el fluido pleural, que se obtienen de forma no invasiva”, apunta Serrano, quién destaca que el fluido cerebroespinal es el que se considera más controvertido en cuanto a su carácter invasivo o no, aunque indudablemente, su obtención es menos invasiva que otras aproximaciones con objetivo similar.

“Ahora bien, no todos los fluidos corporales son iguales para la identificación de una biopsia líquida”, indica la investigadora. “Por ejemplo, en un tumor de vejiga no se aconseja analizar la orina para hacer células tumorales circulantes, ya que hay mucha descamación y puede haber falsos positivos”.

La versatilidad de las biopsias líquidas

Las biopsias líquidas pueden analizar células tumorales circulantes, ADN libre, exosomas, ARN, proteínas… lo que implica que pueden proporcionar información muy variada. “La biopsia líquida es muy versátil. No solo informa de diferentes procesos biológicos, sino que puede identificarse en diferentes patologías”, señala Serrano.

La clave está en utilizar marcadores que permitan identificar las células, ADN u otras moléculas que se quieran analizar. Por ejemplo, en el caso del cáncer interesan especialmente las células tumorales circulantes o el ADN de origen tumoral. Ambos pueden diferenciarse de las células sanas o ADN de tejido sano a partir de señales en su superficie o patrones en su material hereditario.

Dentro de las diferentes posibilidades de las biopsias líquidas, María José Serrano presenta a las células tumorales circulantes como el tipo de componente que más información proporciona, debido a su gran diversidad. “No solo identifican en qué estatus está la enfermedad, sino que también pueden identificar el estado inflamatorio de la enfermedad”. Esto es así debido, por una parte, a que cuando hay un proceso inflamatorio hay una destrucción de tejidos cuyas células pueden pasar al fluido analizado y, por otra, porque el análisis de las células circulantes puede identificar el estatus del sistema inmunitario en relación con las células tumorales.

Serrano también resalta el campo de acción de las vesículas extracelulares como los exosomas que liberan las células. “Dentro de los exosomas se puede añadir también el perfil proteico, que a su vez es reflejo de la célula de la que procede. Informa del estado de la enfermedad en función de las rutas metabólicas, genéticas y proteicas están activadas o no en ese paciente con esa enfermedad”, indica la investigadora.

Limitaciones y retos por resolver

Detectar y analizar las células tumorales circulantes en sangre o identificar qué porción de ADN libre en sangre procede de una célula tumoral no está exento de dificultades y limitaciones, tanto técnicas como biológicas.

“En el caso del ADN circulante, que es el que más cerca está de la clínica, es cierto que tiene algunas limitaciones en cuanto a sensibilidad para identificar variantes menos frecuentes que puedan ser relacionadas con la enfermedad”, indica Serrano, quien reconoce también que una limitación fundamental en el ámbito de las biopsias líquidas ha sido disponer de protocolos normalizados de trabajo, algo en lo que están trabajando en el proyecto “INGENIO”, (INtegrative GENomic, digital Imaging and clinical information towars Precision Oncology Optimization) enfocado en impulsar la oncología de precisión a través de varias estrategias, entre ellas , la biopsia líquida.

En cuanto a las células tumorales circulantes, Serrano señala que no había un aislamiento automatizado hasta hace poco y su limitación principal es que son células muy heterogéneas. “Las metodologías que se basan en aislamiento de células tumorales circulantes utilizan en su gran mayoría marcadores epiteliales para aislarlas, pero las células también pueden ser mesenquimales, por lo tanto hay una subpoblación de células que también proceden de tumores sólidos que se está perdiendo”, indica la investigadora, quien avanza que se está trabajando en kits que incluyan marcadores mesenquimales, además de reconocer que en la actualidad hay un ruido de fondo importante debido a la diversidad de células en las muestras, que no siempre son células tumorales circulantes. “Por esta razón es fundamental que haya alguien experto en el análisis de células tumorales circulantes”, afirma Serrano. “Si no, probablemente se cometan errores al alza en cuanto a detección”.

Implementación creciente en la práctica clínica

Desde sus inicios las biopsias líquidas se han presentado como una aproximación muy prometedora para práctica clínica. “Identifican lo que es la medicina de precisión”, señala María José Serrano.

De momento, no obstante, su implantación no es masiva. Poco a poco, conforme se normalizan los protocolos y se obtienen evidencias clínicas, algunas pruebas basadas en biopsias empiezan a implementarse en algunos hospitales, como el Hospital Virgen de las Nieves de Granada en el que trabaja María José Serrano, donde se utiliza en pacientes de cáncer de pulmón metastásico no escamoso. “Hay que tener en cuenta que el tumor vierte su contenido a sangre, pero la capacidad para testarlo es otra cosa”, apunta Serrano.

La experta en biopsias líquidas explica que una limitación importante para la implementación de las biopsias líquidas es que “no ha habido consorcios importantes unidos por países que identifiquen protocolos normalizados de trabajo para trabajar subpoblaciones específicas de pacientes y un resultado común con las mismas tecnologías y protocolos”. Hasta el momento la mayor parte de resultados se han obtenido de proyectos pequeños y la aplicación en clínica requiere comparar dos tecnologías en un mayor número de pacientes e identificar cuál es la más efectiva.

En este sentido iniciativas como la de INGENIO y el proyecto Biopsia Líquida de Compra Pública de Innovación del Sistema Sanitario Público de Andalucía, ofrecen  grandes oportunidades para impulsar la presencia de biopsias líquidas en la práctica clínica. “Estamos identificando qué metodología y qué protocolo normalizado de trabajo son los más adecuados para la implementación clínica de la biopsia líquida basada en ADN y en células tumorales circulantes”, indica Serrano, que destaca el carácter multidisciplinar de los equipos de trabajo, que incluyen especialistas en oncología, en biología celular y molecular y en anatomía patológica.

Principales aplicaciones en oncología

La oncología es una de las áreas de la medicina donde las biopsias líquidas presentan mayor potencial y diversidad de aplicaciones. En este campo “su utilización principal está dirigida en la actualidad a cáncer avanzado, especialmente  en la determinación de la respuesta a fármacos”, señala María José Serrano.

“En aquellos pacientes donde no hay opción de tener una biopsia convencional, sólida, la biopsia líquida ayuda a determinar el tratamiento que hay que administrar”, indica la investigadora. “Es importante porque, especialmente en oncología, estamos yendo hacia tratamientos dirigidos a aspectos biológicos y es necesario saber el estado del paciente, cuáles son los genes que se expresan en su enfermedad para identificar la diana más específica y tratamiento más idóneo para ese paciente. Si no hay muestra biológica se va a ciegas por lo que la biopsia líquida es fundamental”.

Las biopsias líquidas también resultan útiles cuando hay disponibilidad de una biopsia convencional, ya que permiten monitorizar a los pacientes a partir de sucesivas muestras de sangre, que son más fáciles de obtener. Esta monitorización es necesaria para muchos pacientes, ya que la mayoría se vuelven resistentes al tratamiento. “Debemos identificar precozmente cuando un paciente puede desarrollar resistencia, para evitar toxicidades y cambiar el tratamiento por otro más idóneo para el paciente”, indica Serrano.

En paralelo, se empiezan a evaluar nuevas aplicaciones dirigidas a estadios más tempranos. “Cuando la enfermedad es metastásica el control sobre ella es limitado. Debemos detectar la enfermedad antes o en etapas muy tempranas”, destaca Serrano. “En este sentido las biopsias líquidas de ADN y células tumorales circulantes están dirigiéndose a la monitorización de enfermedad mínima residual, la detección temprana de qué pacientes van a desarrollar enfermedad mínima. Esos pacientes son susceptibles de ser tratados y eliminar las células responsables de que se pueda producir la metástasis”.

Además, se está dando un paso más allá, con el objetivo de utilizar las biopsias líquidas en programas de prevención que permitan interceptar el desarrollo del cáncer. “El material genético que encontramos (ADN, ARN, microARN…) puede identificar qué pacientes son susceptibles de desarrollar un cáncer en función del perfil inflamatorio, o el perfil de genes relacionados con enfermedades de riesgo para la aparición de cáncer como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) o la poliposis”, indica Serrano. “Hay material asociado a la biopsia líquida que puede ayudar a la prevención o a la estratificación de qué pacientes o personas pueden desarrollar un cáncer dentro de la población de alto riesgo. Se está abriendo un campo muy amplio porque te permite monitorizar continuamente a las personas sin agresividad”.

Valor en investigación básica y traslacional: transferencia de material de las plaquetas a células tumorales como ejemplo

Más allá de sus aplicaciones las biopsias líquidas también tienen un importante valor para la investigación. Un ejemplo es el reciente trabajo dirigido por María José Serrano, que describe un mecanismo por el que las células tumorales circulantes se camuflan para no ser detectadas en el torrente sanguíneo.

“Al analizar las células tumorales circulantes se observa casi siempre algún tipo de célula del sistema inmunitario, como leucocitos o plaquetas, adheridos a ellas. Previamente se había descrito que las células tumorales transferían componentes a las plaquetas y se me ocurrió pensar que también tenía que ocurrir al revés”, señala Serrano. “Descubrimos que, efectivamente, cuando se unen células tumorales y plaquetas estas últimas transfieren moléculas que modifican la composición lipídica, proteica, lo que lleva a un cambio en la expresión genética y funcionalidad”.

Serrano señala que los resultados fueron una sorpresa, ya que observaron cómo se transfería material de las plaquetas a las células tumorales a diferentes niveles y se producía un cambio en la funcionalidad de estas últimas. Este mecanismo se observó en diferentes tipos de células tumorales circulantes y, además, la eficacia de  transferencia desde las plaquetas a las células tumorales era mayor que la transferencia en sentido contrario. “Ha supuesto un cambio de paradigma”, apunta con entusiasmo Serrano. “Sabíamos que las plaquetas eran capaces de transformar a las células tumorales, pero no que lo podían hacer por transferencia directa de material como lípidos o proteínas. Este descubrimiento abre un campo enorme de investigación con muchos puntos de interés biológico e incluso con la inducción del cáncer”.

Con el hallazgo de la transferencia de material de las plaquetas a las células tumorales circulantes también se abren nuevas cuestiones como qué tipo de plaquetas es capaz de modificar las células tumorales, qué hace que las células tumorales atraigan a las plaquetas o qué condiciones deben presentarse para estas últimas se activen. “Tampoco sabemos qué hace la célula tumoral con el ARN que le transfiere la plaqueta”, indica Serrano. “Induce la expresión de genes asociados a células progenitoras, lo que apunta a un posible papel en la inducción del cáncer. También debemos responder por qué lo hacen, qué papel juegan las plaquetas o si debe haber otro tipo de célula presente”.

El futuro de las biopsias líquidas

A la pregunta de cómo ve el campo de las biopsias líquidas en cinco años, Serrano es clara “Yo tenía una serie de metas. Por una parte, quería conseguir estandarizar las técnicas de biopsia líquida en el hospital, que es para lo que trabajamos. En cinco años veo el análisis de ADN circulante en biopsias líquidas como algo rutinario. Como cualquier análisis bioquímico de sangre de los que se hacen ahora. Además, también creo que avanzaremos en la introducción de la biopsia líquida para determinación de enfermedad mínima residual, tanto en células tumorales circulantes como en ADN circulante”, indica la investigadora.

Su otra gran meta es conseguir que España sea reconocida como gran referente en biopsia líquida a nivel internacional en el análisis, estudio e implementación de biopsia líquida. En este objetivo, la Sociedad Internacional de Biopsia Líquida, creada precisamente en Granada, y de la que Serrano es vicepresidenta, tiene un papel esencial, así como los ensayos clínicos, los proyectos como INGENIO y Biopsia Líquida y los diferentes grupos de investigación que trabajan en España.

Las biopsias líquidas más allá de la oncología

Si bien las biopsias líquidas son conocidas principalmente por sus múltiples aplicaciones en cáncer, su potencial se extiende mucho más allá.

Un ejemplo es la EPOC, enfermedad pulmonar inflamatoria crónica caracterizada por la obstrucción del flujo de aire en los pulmones. María José Serrano destaca la necesidad de desarrollar un método preciso que identifique la agresividad de la enfermedad, que se monitoriza en la actualidad mediante espirometría, una técnica desarrollada hace casi dos siglos. “Tenemos un proyecto en colaboración con un equipo de Madrid que identifica el riesgo de los pacientes con EPOC de incrementar, no solo el desarrollo de un cáncer, sino cómo va a evolucionar la enfermedad”, indica la investigadora. “Hemos relacionado la presencia de células epiteliales circulantes con la destrucción del pulmón. Cuanto más destruido o más rápidamente se destruya peor irá el paciente”.

Otro ejemplo, quizás más inesperado, es su utilidad en covid-19. En una reunión multidisciplinar de las que se celebraron con frecuencia durante el confinamiento, María José Serrano descubrió que un problema con los pacientes ingresados en la UCI era que los profesionales sanitarios no sabían dónde estaba el virus y no eran capaces de identificar a partir de la saliva si la infección estaba en los pulmones.

Serrano se planteó que, si había un proceso inflamatorio, podía haber células epiteliales circulantes. Y así fue efectivamente. Ahora, el equipo de Serrano tiene una patente que muestra que se puede identificar si las células epiteliales circulantes están infectadas por el virus y, además con diferentes marcadores asociados a tejidos, se puede  identificar si está en el pulmón, en el hígado o en la uretra. “La biopsia líquida tiene un campo muy amplio de aplicación”, indica Serrano. “Vale para COVID-19 y para cualquier otro tipo de enfermedad infecciosa”.

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