As células tumorais circulantes (CTCs) são extremamente raras no sangue periférico de pacientes com câncer e têm demonstrado refletir em tempo real o status do tumor primário. A elucidação da biologia dessas células permitirá a identificação de uma subpopulação metastática e, possivelmente, resistente a tratamento. Além disto, elas poderiam representar uma alternativa importante e menos invasiva às tradicionais biópsias para o monitoramento da resposta a drogas. Este estudo investigou CTCs em pacientes com câncer de mama e melanoma utilizando diferentes abordagens tecnológicas, descritas a seguir. Objetivamos isolar e caracterizar CTCs a partir de amostras de sangue de pacientes com câncer de mama e realizar a análise destas células em comparação com amostras de seus tumores primários pareados, com foco em marcadores da transição-epitélio-mesênquima (TEM) (CKs e FOXC1) e do metabolismo celular (PGC-1a, COXIV, MCT4). Para tal, pacientes com câncer de mama M0 e M+ foram recrutadas. Não houve diferença significativa entre os grupos para a mediana do valor de CTC.. Ambos os grupos de pacientes apresentaram maior porcentagem de CTCs positivas para os marcadores do metabolismo oxidativo (PGC-1a e COXIV) comparado à glicólise aeróbica (MCT4). Por outro lado, houve diferença quanto à expressão dos marcadores da TEM em CTCs entre os dois grupos de pacientes. Observamos mudanças na expressão de marcadores metabólicos e da TEM em amostras de tecido primário e metástases, porém baixa ou nenhuma correlação entre as amostras de tecidos e CTCs foi encontrada. O número total de CTCs alterou após o início da terapia neoadjuvante e PGC-1a foi o único marcador metabólico que apresentou positividade em CTCs para todas as pacientes analisadas e ainda mostrou aumento de sua expressão em tumor primário pós-tratamento. O uso de CTCs para o monitoramento seriado das mudanças dinâmicas na sinalização de células tumorais em resposta ao tratamento do melanoma com mutação em BRAF permitiria uma rápida avaliação do sucesso ou falha terapêutica. Por esta razão, desenvolvemos com sucesso uma abordagem nova e robusta de múltiplo-imunofluorescência aplicando as tecnologias de imagem multiespectral (MSI) e a amplificação do sinal por tiramida (TSA) para a identificação de CTCs e quantificação de proteínas de sinalização. Para este estudo, geramos um modelo animal de melanoma usando uma linhagem celular altamente metastática. CTCs foram isoladas a partir do sangue de camundongos utilizando um dispositivo microfluídico (negCTC-ichip). Uma vez validada, a metodologia foi aplicada à análise de CTCs isoladas a partir de amostras de sangue de pacientes com melanoma. Nosso coquetel de anticorpos contra epítopos específicos de melanoma demonstrou alta especificidade em capturar CTCs a partir de amostras de melanoma. Nenhum resultado falso positivo foi observado em células normais do sangue e raras positividades foram detectadas em amostras de indíviduos saudáveis usados como controle negativo. Alterações dinâmicas na expressão de pERK e pS6 em CTCs foram observadas como resposta ao tratamento para os inibidores de MAPK. Especificamente para as amostras de camundongos, eventos de resistência à terapia já descritos para melanoma foram observados em CTCs. Uma análise qualitativa e pareada do tecido do tumor primário e CTC demonstrou uma resposta à terapia semelhante para ambas as amostras.. Os nossos resultados demonstram que esta nova abordagem é capaz identificar CTCs a partir de amostras de sangue de pacientes e de modelo animal e que essas células podem representar um importante substituto às biópsias tumorais para identificar alterações farmacodinâmicas na expressão de marcadores em CTCs induzidas pela resposta à terapia.