Optical methods and nano/microsystems for cancer diagnosis and therapy

Abstract

Aquesta tesi es focalitza en el desenvolupament de nous mètodes per a la recerca en el diagnòstic i teràpia contra el càncer. Els fluds biològics de pacients suposen una font de material cancerígen que pot revel·lar informació sobre l'estat de progressió de la malaltia, si els analitzem amb enfocs de biòpsia líquida. Por altra banda, les propietats fisicoquímiques d'aquest material circulant, ja siguin cèl·lules tumorals senceres CTCs, ens poden ajudar a disenyar sistemes tant per a la seva detecció com per al tractament. L' ús de tècniques espectroscòpiques de fluorescència o basades en SERS ja han estat altament emprades en metodologies per microscopia i altres tècniques d'imatge per a l'evaluació del càncer, així que permeten l'avanç per a generar noves eines per aquest propòsit.

En resum, aquest treball proporciona dos mètodes óptics per a biòpsia líquida: un basat en les vies metabòliques universals de las cèl·lules canceroses que s'ha demostrat aplicable en pacients amb càncer de pulmó i un altre que empra un nano/microsistema de reconeixement de proteïnes aplicat en càncer de mama; a més, proporciona un agent terapèutic desenvolupat per al tractament de càncer de mama. Això, evidencia el potencial de la biofotònica i la nanomedicina al camp de la investigació en càncer.

Esta disertación se focaliza en el desarrollo de nuevos métodos para la investigación en el diagnóstico y terapia contra el cáncer. Los fluídos biológicos de pacientes suponen una fuente de material cancerígeno que puede revelar información sobre el estado de progresión de la enfermedad, si los analizamos usando enfoques de biopsia líquida. Por otro lado, las propiedades fisicoquímicas de este material circulante, ya sean células tumorales enteras CTCs, nos pueden ayudar a diseñar sistemas tanto para su detección como tratamiento. El uso de técnicas espectroscópicas de fluorescencia o basadas en SERS ya han sido altamente utilizadas en metodologías por microscopía y otras técnicas de imagen para la evaluación del cáncer, así que permiten el avance para generar nuevas herramientas para este propósito.

En resumen, este trabajo proporciona dos métodos ópticos para biopsia líquida: uno basado en las vías metabólicas universales de las células cancerosas que se ha demostrado aplicable en pacientes con cáncer de pulmón y otro que usa un nano/microsistema de reconocimiento de proteínas aplicado en cáncer de mama; además, proporciona un agente terapéutico desarrollado para cáncer de mama. Ésto evidencia el potencial de la biofotónica y la nanomedicina en el campo de la investigación en cáncer.

This dissertation is focused on the development of new methods for the investigation of cancer diagnosis and therapy. Since biological fluids from patients represents a source of cancerous material, they can provide valuable information about the disease progression, when analyzing them in a liquid biopsy approach. Additionally, physicochemical properties of this circulating material, as entire tumor cells CTCs, can help to engineer systems for its both detection and therapy. The use of fluorescence and SERS spectroscopy has been widely used in microscopic and imaging techniques for the pathological evaluation of cancer disease, so methods based on them permit the advancement in potential tools for the above mentioned purposes. In summary, this work provides two new optical liquid biopsy methods: one based on a universal metabolic pathway proven in specific human lung cancer samples and another using a protein recognition nano/microsystem applied to breast cancer; and an engineered system, as a therapeutic agent for specific breast cancer, evidencing the potential of biophotonics and nanomedicine in the field of cancer research.