Se encuentran entre las herramientas más poderosas para arrojar nueva luz sobre el crecimiento y la evolución del cáncer, pero los modelos matemáticos de la enfermedad durante años se han enfrentado a uno u otro.
Aunque se han desarrollado modelos que capturan los aspectos espaciales de los tumores, esos modelos generalmente no estudian los cambios genéticos. Mientras tanto, los modelos no espaciales representan con mayor precisión la evolución de los tumores, pero no su estructura tridimensional.
Una colaboración entre las universidades de Harvard, Edimburgo y Johns Hopkins, incluido Martin Nowak, Director del Programa de Dinámica Evolutiva y Profesor de Matemáticas y Biología en Harvard, ha desarrollado el primer modelo de tumores sólidos que refleja sus tres dimensionesforma y evolución genética. El nuevo modelo explica por qué las células cancerosas tienen una sorprendente cantidad de mutaciones genéticas en común, cómo las mutaciones conductoras se propagan por todo el tumor y cómo evoluciona la resistencia a los medicamentos. El estudio se describe en un artículo del 26 de agosto en Naturaleza .
"Anteriormente, nosotros y otros hemos utilizado principalmente modelos no espaciales para estudiar la evolución del cáncer", dijo Nowak. "Pero esos modelos no describen las características espaciales de los tumores sólidos. Ahora, por primera vez, tenemos un modelo computacionaleso puede hacer eso "
Una idea clave del nuevo modelo, dijo Nowak, es la capacidad de las células para migrar localmente.
"La movilidad celular hace que los cánceres crezcan rápidamente, y hace que los cánceres sean homogéneos en el sentido de que las células cancerosas comparten un conjunto común de mutaciones. Es responsable de la rápida evolución de la resistencia a los medicamentos", dijo Nowak. "Creo además que la capacidadformar metástasis, que es lo que realmente mata a los pacientes, es una consecuencia de la selección para la migración local "
Nowak y sus colegas, incluidos Bartek Waclaw de la Universidad de Edimburgo, quien es la primera autora del estudio, Ivana Bozic de la Universidad de Harvard y Bert Vogelstein de la Universidad Johns Hopkins, se propusieron mejorar los modelos anteriores, porque no pudieronresponder preguntas críticas sobre la arquitectura espacial de la evolución genética.
"La mayoría de los modelos matemáticos en el pasado contaban el número de células que tienen mutaciones particulares, pero no su disposición espacial", dijo Nowak. Entender que la estructura espacial es importante, dijo, porque juega un papel clave en cómolos tumores crecen y evolucionan
En un modelo espacial, las células se dividen solo si tienen el espacio para hacerlo. Esto resulta en un crecimiento lento a menos que las células puedan migrar localmente.
"Al dar a las células la capacidad de migrar localmente", dijo Nowak, "las células individuales siempre pueden encontrar un nuevo espacio donde pueden dividirse".
El resultado no es solo un crecimiento tumoral más rápido, sino un modelo que ayuda a explicar por qué las células cancerosas comparten un número inusualmente alto de mutaciones genéticas y cómo la resistencia a los medicamentos puede evolucionar rápidamente en los tumores.
Según se dividen, todas las células, tanto sanas como cancerosas, acumulan mutaciones, dijo Nowak, y la mayoría son las llamadas mutaciones "pasajeras" que tienen poco efecto en la célula.
Sin embargo, en las células cancerosas, aproximadamente el 5 por ciento son lo que los científicos llaman mutaciones "impulsoras": cambios que permiten que las células se dividan más rápido o vivan más. Además del rápido crecimiento tumoral, esas mutaciones llevan algunas mutaciones pasajeras anteriores hacia adelante, y comoComo resultado, las células cancerosas a menudo tienen un sorprendente número de mutaciones en común.
Del mismo modo, la resistencia a los medicamentos surge cuando las células mutan para volverse resistentes a un tratamiento en particular. Si bien las terapias dirigidas eliminan casi todas las demás células, las pocas células resistentes comienzan a replicarse rápidamente, causando una recaída del cáncer.
"Esta capacidad de migración ayuda a explicar cómo las mutaciones conductoras pueden dominar un tumor, y también por qué las terapias dirigidas fallan en unos pocos meses a medida que evoluciona la resistencia", dijo Nowak. "Entonces, lo que tenemos es un modelo informático para tumores sólidos,y es esta migración local la que tiene una importancia crucial "
"Nuestro enfoque no proporciona una cura milagrosa para el cáncer", dijo Bartek Waclaw, "Sin embargo, sugiere posibles formas de mejorar la terapia contra el cáncer. Una de ellas podría estar dirigida a la motilidad celular es decir, la migración local y no solo al crecimiento".las terapias estándar lo hacen "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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