5 laboratorios, 2 años, 1 objetivo: resolver ecuaciones del comportamiento de células cancerosas
Un esfuerzo colaborativo entre la Oregon Health & Science University y otras tres universidades ha producido modelos matemáticos que pueden empezar a mostrarnos la forma en que grupos de células responderán a varias combinaciones terapias contra el cáncer.
Los hallazgos, publicados hoy en la revista Cell, tienen amplias implicaciones a lo ancho de especialidades relacionadas con el cáncer, brindándoles a los investigadores claves para desarrollar modelos digitales diseñados para probar y predecir el comportamiento de las células.
“Ese es el objetivo a largo plazo,” afirma Laura Heiser, Ph.D., vicepresidenta de ingeniería biomédica de la School of Medicine de OHSU y directora asociada de modelaje de sistemas complejos en el programa Cancer Early Detection Advanced Research Center (centro de investigación avanzado para la detección temprana del cáncer) del Knight Cancer Institute.
“Esta investigación nos proporciona una herramienta para empezar a predecir el comportamiento multicelular. Todavía no llegamos a ese punto, pero nos pone firmemente en el camino para poder identificar combinaciones de tratamiento que predigan que funcionarán mejor con distintos tipos de cánceres, lo cual permite el desarrollo de estrategias de tratamiento novedosas".
Poder hacer esto y hacerlo lo antes posible resulta esencial para pacientes con cáncer. Los tratamientos a medida, llamados también personalizados o medicina de precisión, rinden mejores resultados, menos efectos secundarios y esperanzas de mejorar los resultados clínicos.
Heiser y Young Hwan Chang, Ph.D., profesor asociado de ingeniería médica de la School of Medicine y Lisa Coussens, Ph.D., directora interina del Knight Cancer Institute colaboraron con los investigadores de Indiana University, University of Maryland y Johns Hopkins University. En total, cuatro miembros del profesorado de OHSU y dos estudiantes de posgrado en formación participaron en la investigación.
Esfuerzo desde la base
El esfuerzo tuvo inicio en 2020, cuando Heiser y Chang investigaban mecanismos de resistencia terapéutica en el cáncer de mama y empezaron a colaborar con Paul Macklin, Ph.D. Investigador de Indiana University, Macklin es el desarrollador principal de PhysiCell, un software diseñado para crear modelos computacionales de células y tejidos.
Macklin ya tenia colaboraciones en curso con Elana Fertig, Ph.D., de la University of Maryland, que se concentraba en cáncer pancreático; y con Genevieve Stein-O’Brien, Ph.D., de John Hopkins University que investigaba el desarrollo del cerebro. En otros estudios, Fertig colaboraba con Coussens para entender los mecanismos epigenéticos que afectan la respuesta terapéutica en el cáncer de mama regulado por macrófagos, un tipo de célula inmunitaria.
Gracias a financiación filantrópica y de los Institutos Nacionales de Salud, el grupo multiinstitucional de científicos empezó a colaborar para aprovechar los varios abordajes científicos en sus cinco laboratorios.
Durante los últimos dos años, se han reunido cada viernes para presentar sus hallazgos y compartir actualizaciones. ¿Su objetivo? Desarrollar reglas racionales que se basen en respuestas biológicas significativas que puedan después informar a los modelos de predicción matemática para respuestas terapéuticas.
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Para Heiser, las juntas de los viernes se convirtieron en punto alto de su semana.
“De verdad que las anticipaba”, dice. “Creo que todos nos invertimos bastante en el tiempo que pasamos y en el compromiso que asumimos entre nosotros y en desarrollar nuestras ideas”.
Haciendo uso de la biología preclínica, el grupo pudo desarrollar y duplicar modelos computacionales para células en múltiples tipos de cáncer, un hito y un momento en que el grupo supo que tenían un abordaje novedoso que podría afectar de forma significativa a pacientes con cáncer.
“No hubo solo un momento en que, como se dice popularmente, 'se nos prendió la bombilla'... fueron muchos. “Fue un esfuerzo desde la base”, comparte. “Tuvimos la fortuna de poder impulsarnos a partir de una investigación fuerte ya existente dentro de la ingeniería biomédica de OHSU, los departamentos centrados en la biología de cáncer y dentro del Knight Cancer Institute.”
El grupo pudo aprovechar lo siguiente:
- Veinte años de modelaje de cáncer de mama in vivo en el Laboratorio Coussens, lo cual demostró que un grupo de células inmunitarias llamadas macrófagos y linfocitos T impactan significativamente la forma en que las células cancerosas evolucionan hasta ser tumores letales.
- Una investigación de 2022 del Laboratorio Heiser que desarrolló un mapa detallado de la manera en que las células de mama responden a señales extracelulares. Esto ayudó a crear un modelo computacional (prueba que se hace en una computadora en lugar de un laboratorio) para entender mejor la forma en que dichas células se comportan.
- Investigaciones del Laboratorio Chang, concentradas en el desarrollo de análisis avanzado para los datos de imágenes.
Los hallazgos abren la puerta a los siguientes pasos: ahora se pueden hacer y responder nuevas preguntas de investigación con mayor precisión y velocidad.
“Este abordaje de 'colaboración y ciencia de equipos' brinda una plataforma fundamental para predecir los efectos de varios tipos de células incorporadas dentro de los tumores que expresan distintos blancos terapéuticos, basados en hallazgos biológicos sin tener que hacer el equivalente a 20 años de estudios biológicos in vivo”, explica Coussens.
Para Heiser y todo el grupo, el trabajar unidos desde una perspectiva multidisciplinaria no solo ha sido eficaz, sino gratificante.
“De verdad necesitamos una visión multidisciplinaria si es que vamos a curar el cáncer”, asevera Heiser. “Nuestra meta final es siempre mejorar los resultados para los pacientes y, para ello, tenemos que abordar estas preguntas desde muchos ángulos diferentes.
“Se trata de una enfermedad multifacética, así que cobra sentido que nuestra forma de abordarla también sea multifacética. Hemos podido demostrar que el trabajo que hemos hecho en estos últimos años y en estos muchos viernes ha dado fruto que puede ser útil para la comunidad general más amplia de la investigación del cáncer y eso es de veras muy significativo”.
La investigación reportada en este artículo contó con el respaldo de la Jayne Koskinas Ted Giovanis Foundation for Health and Policy, la the National Foundation for Cancer Research y la Susan G. Komen Foundation. El contenido es responsabilidad única de los autores y no necesariamente representa las opiniones oficiales de los NIH.