Resumen
El cáncer sigue representando uno de los mayores problemas y retos para la salud a nivel mundial, con los cánceres colorrectal, pancreático y hepático entre los más letales. La clave para poder hacerle frente está en la detección temprana, ya que cuando se logra identificar en fases iniciales, los tratamientos son más efectivos y ello puede incrementar la tasa de supervivencia. Un biomarcador es una molécula biológica cuya presencia o alteración en el organismo puede indicar la existencia de una enfermedad, como el cáncer. Sin embargo, los métodos tradicionales de diagnóstico, tales como imágenes médicas, análisis histopatológicos o inmunoensayos, no siempre son lo suficientemente precisos para detectar biomarcadores en bajas concentraciones, algo que es común en las primeras etapas de la enfermedad. Para superar esta limitación, la espectroscopía Raman mejorada por superficie (SERS) ha surgido como una técnica analítica de alta sensibilidad capaz de detectar moléculas en concentraciones extremadamente bajas mediante la amplificación de señales ópticas en presencia de superficies nanométricas. Este artículo tiene como propósito explicar y dar a conocer la aplicación de SERS en la detección de biomarcadores como el antígeno carbohidratado 19-9 (CA19-9), el antígeno carcinoembrionario (CEA) y la alfa-fetoproteína (AFP), una innovación que promete transformar la detección temprana del cáncer, permitiendo diagnósticos más rápidos y precisos que podrían salvar vidas y mejorar la calidad de vida de los pacientes.
SERS and the revolution in Early Cancer Detection: New technologies to identify key biomarkers in digestive tumors
Abstract
Cancer remains one of the most significant global health challenges, with colorectal, pancreatic, and liver cancers among the most lethal. The key to addressing this issue is early detection, as identifying cancer in its initial stages allows for more effective treatments, potentially increasing survival rates. A biomarker is a biological molecule whose presence or alteration in the body can indicate the existence of a disease, such as cancer. However, traditional diagnostic methods, including medical imaging, histopathological analysis, and immunoassays, are not always sensitive enough to detect biomarkers at low concentrations, which is common in the early stages of the disease. To overcome this limitation, surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) has emerged as a highly sensitive analytical technique that utilizes nanostructured surfaces to amplify biomolecular signals. SERS enables the detection of cancer biomarkers with unprecedented sensitivity, even at extremely low concentrations. This article aims to explain and highlight the application of SERS in detecting biomarkers such as Carbohydrate Antigen 19-9 (CA19-9), Carcinoembryonic Antigen (CEA), and Alpha-Fetoprotein (AFP), an innovation that holds the potential to transform early cancer detection by enabling faster and more accurate diagnoses, ultimately saving lives and improving patients’ quality of life.
Citas
Er, E., Sánchez-Iglesias, A., Silvestri, A., Arnaiz, B., Liz-Marzán, L., Prato, M., & Criado, A. (2021). Metal Nanoparticles/MoS2 Surface-Enhanced Raman Scattering-Based Sandwich Immunoassay for α-Fetoprotein Detection. ACS Appl. Mater., 13(7), 8823-8831. https://doi.org/10.1021/acsami.0c22203
Feng, F., Tian, Y., Xu, G., Liu, Z., Liu, S., Zheng, G., . . . Zhang, H. (2017). Diagnostic and prognostic value of CEA, CA19–9, AFP and CA125 for early gastric cancer. BMC Cancer, 17(737), 1-6. https://doi.org/10.1186/s12885-017-3738-y
Galle, P., Forner, A., Llovet, J., Mazzaferro, V., Piscaglia, F., Raoul, J., & Vilgrain, V. (2018). EASL Clinical Practice Guidelines: Management of hepatocellular carcino-ma. Journal of Hepatology. Journal of Hepatology, 69, 182-236. https://doi.org/10.1016/j.jhep.2018.03.019
Guerrini, L., & Álvarez-Puebla, R. (2020). Chapter 2 - Surface-enhanced Raman scat-tering (SERS) sensing of nucleic acids. Frontiers of Nanoscience, 16, 9-23. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102828-5.00002-4
Jans, J., Talma, M., Almonacid, M., Cruz, J., Cáceres, M., Rosenfeld, C., & Jara, G. (2013). Rendimiento diagnóstico del marcador tumoral CA 19-9 en la diferenciación entre patología bilio-pancreática benigna y maligna. Revista chilena de cirugía, 65(4), 307-314. https://doi.org/10.4067/S0718-40262013000400004
Kim, H., Lee, T., Yun, J., Lee, G., & Hong, Y. (2021). Cancer Protein Biomarker Identifi-cation and Quantification Using Nanoforest Substrate and Hand-Held Raman Spectrometer. Microchemical Journal, 160, 105632. https://doi.org/10.1016/j.microc.2020.105632
Lei, Y., Weihua, W., Haiyan, J., Qianghua, Z., Huihui, S., Miao, Z., . . . Zhaoqi, S. (2017). Improved SERS performance of single-crystalline TiO2 nanosheet arrays with coexposed {001} and {101} facets decorated with Ag nanoparticles. Sen-sors and Actuators B: Chemical, 242, 932-939. https://doi.org/10.1016/j.snb.2016.09.162
Mosca, S., Mehta, M., & Skinner, W. (2024). Active Surface-Enhanced Raman Spec-troscopy (SERS): A Novel Concept for Enhancing Signal Contrast in Complex Matrices Using External Perturbation. Applied Spectroscopy, 79(2), 320-327. https://doi.org/10.1177/00037028241267898
NCI. (7 de 12 de 2023). Marcadores tumorales. Retrieved 25 de 3 de 2025, from Cancer.gov: https://www.cancer.gov/espanol/cancer/diagnos-tico-estadificacion/diagnostico/hoja-informativa-marcadores-de-tu-mores
Noothalapati, H., Iwasaki, K., & Yamamoto, T. (2021). Non-Invasive Diag-nosis of Colorectal Cancer by Raman Spectroscopy: Recent Develop-ments in Liquid Biopsy and Endoscopy Approaches. Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc, 258, 119818. https://doi.org/10.1016/j.saa.2021.119818
Pollap, A., & Swit, P. (2022). Recent Advances in Sandwich SERS Immuno-sensors for Cancer Detection. Int. J. Mol. Sci., 29(9), 4740. https://doi.org/10.3390/ijms23094740
Rol actual del antígeno carcinoembrionario (CEA) en el manejo del cánc-er de colon. (2023). Revista de cirugía, 75(4), 255-262. https://doi.org/10.35687/s2452-454920230041690
Sharma, B., Frontiera, R., Henry, A., Ringe, E., & Van Duyne, R. (2012). SERS: Materials, applications, and the future. Materials Today, 15, 16-25. https://doi.org/10.1016/S1369-7021(12)70017-2
Shin, H., Choi, B., Shim, O., Kim, J., Park, Y., Cho, S., . . . Choi, Y. (2023). Sin-gle Test-Based Diagnosis of Multiple Cancer Types Using Exosome-SERS-AI for Early Stage Cancers. Nat. Commun., 14, 1644. https://doi.org/10.1038/s41467-023-37403-1
Silva, M., Malitckii, E., Santos, T., & Vilaca, P. (2023). Review of convention-al and advanced non-destructive testing techniques for detection and characterization of small-scale defects. Progress in Materials Science, 138, 101155. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2023.101155
Wang, T., Zhu, Y., Weng, S., Lin, X., Kong, K., Weng, Y., . . . Lin, D. (2022). Optical biosensor based on SERS with signal calibration function for quantita-tive detection of carcinoembryonic antigen. Biomed. Opt. Express, 13, 5962-5970. https://doi.org/10.1364/BOE.474273
Zhao, X., Zhu, A., Wang, Y., Zhang, Y., & Zhang, X. (2021). Sunflower-Like Nano-structure with Built-In Hotspots for Alpha-Fetoprotein Detection. Mol-ecules, 26(4), 1197. https://doi.org/10.3390/molecules26041197
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial 4.0.