La captura de cáncer

modelo 3-D de los tumores sólidos explica la evolución del cáncer

Universidad Harvard

Son una de las herramientas más poderosas para arrojar nueva luz sobre el crecimiento del cáncer y la evolución, pero los modelos matemáticos de la enfermedad durante años se han enfrentado a un bien / o stand off.

Aunque se han desarrollado modelos que capturan los aspectos espaciales de los tumores, esos modelos no suelen estudiar los cambios genéticos. Los modelos no espaciales, por su parte, representan con mayor precisión la evolución tumores ', pero no su estructura tridimensional.

Una colaboración entre la Universidad de Harvard, Edimburgo, y Johns Hopkins Universidades incluyendo a Martin Nowak, director del Programa para la dinámica evolutiva y Profesor de Matemáticas y de Biología de la Universidad de Harvard, ha desarrollado el primer modelo de tumores sólidos que refleja tanto su forma tridimensional y la evolución genética. El nuevo modelo explica por qué las células cancerosas tienen un sorprendente número de mutaciones genéticas en común, cómo las mutaciones del controlador propagan a través de todo el tumor y cómo evoluciona resistencia a los medicamentos. El estudio se describe en un documento de agosto de enNature de 26.

"Anteriormente, nosotros y otros han utilizado sobre todo 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 computacional que puede hacer eso ".

Un elemento clave del nuevo modelo, Nowak dijo, es la capacidad para que las células migran a nivel local.

"La movilidad celular hace que los cánceres crecen rápido, y hace que los cánceres 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 capacidad de formar metástasis, que es lo que realmente mata a los pacientes, es una consecuencia de la selección para la migración local. "

Nowak y colegas, entre ellos Bartek Waclaw de la Universidad de Edimburgo, que es el primer autor del estudio, Ivana Bozic, de la Universidad de Harvard y Bert Vogelstein, de la Johns Hopkins University, se propuso mejorar en los modelos anteriores, porque no fueron capaces de responder crítica preguntas acerca de la arquitectura espacial de la evolución genética.

"La mayoría de los modelos matemáticos en el pasado contó el número de células que tienen mutaciones particulares, pero no su disposición espacial", dijo Nowak. Entendiendo que la estructura espacial es importante, dijo, ya que juega un papel clave en cómo crecen y se desarrollan los tumores.

En un modelo espacial células se dividen sólo si tienen el espacio para hacerlo. Esto se traduce en un crecimiento lento a menos que las células pueden migrar de forma local.

"Al dar a las células la capacidad de migrar a nivel local", dijo Nowak, "células individuales siempre pueden encontrar un nuevo espacio en el que puedan dividirse.

El resultado es no sólo un crecimiento más rápido del tumor, 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 fármacos puede evolucionar rápidamente en los tumores.

A medida que se dividen, todas las células - sanos y cancerosos - acumulan mutaciones, Nowak dijo, y la mayoría son los llamados mutaciones "pasajeros" que tienen poco efecto sobre la célula.

En las células cancerosas, sin embargo, aproximadamente el 5 por ciento es lo que los científicos llaman mutaciones "conductor" - cambios que permiten que las células se dividen más rápidamente o viven más tiempo. Además de rápido crecimiento del tumor, esas mutaciones llevar a algunas mutaciones anteriores pasajero delantero, y como consecuencia del cáncer de células a menudo tienen un sorprendente número de mutaciones en común.

Del mismo modo, la resistencia a fármacos surge cuando las células mutan a volverse resistente a un tratamiento particular. Mientras que las terapias dirigidas acabar con casi todas las otras células, las pocas células resistentes comienzan a replicarse rápidamente, causando una recaída del cáncer.

"Esta capacidad de migración ayuda a explicar cómo las mutaciones del controlador son capaces de dominar un tumor, y también por qué fracasan las terapias dirigidas a los pocos meses a medida que evolucione la resistencia", dijo Nowak. "Así que lo que tenemos es un modelo de computadora para tumores sólidos, y es esta la migración local que es de crucial importancia."

"Nuestro enfoque no proporciona una cura milagrosa para el cáncer." Said Bartek Waclaw, "Sin embargo, sugiere posibles formas de mejorar la terapia del cáncer. Una de ellas podría ser la orientación de la motilidad celular (que es la migración local) y no sólo el crecimiento como lo hacen las terapias estándar ".