El modelo matemático explica por qué puede ocurrir metástasis incluso cuando el cáncer se detecta temprano

Apoyándose en la teoría evolutiva y ecológica, los investigadores modelaron cómo los diversos linajes de células cancerígenas compiten por el dominio. Su aparición ayuda a una breve observación: la mayoría de los tumores metastásicos se derivan de linajes de células cancerígenas que surgen en etapas tempranas de la enfermedad.

El concepto de supervivencia del más apto se aplica a menudo a la competencia que se produce dentro y entre las especies animales, pero las presiones evolutivas se pueden encontrar en otros lugares, incluso en un tumor canceroso.

Los investigadores del cáncer han llegado a comprender los tumores no como grumos de células idénticas, sino más bien como diversas poblaciones y dinámicas en sí mismos. Y, como individuos dentro de poblaciones animales, las células dentro de los tumores competir entre sí, algunos próspera, alguna falta.

En un nuevo estudio, los investigadores de la Universidad de Pennsylvania han creado un modelo matemático para comprender las dinámicas en juego como tumores cancerosos crecen y se diseminan. Configuración de su modelo en acción, Jimmy Qian, un aumento mayor en el Programa Vagelos estudiosos en la Vida Molecular Ciencias y Erol Akçay, profesor asistente de biología en la Escuela de las Artes y las Ciencias, fueron capaces de explicar una observación un tanto paradójica, de que las mutaciones que conducen a la metástasis - la propagación del cáncer a sitios distantes del tumor primario - frecuencia Levántese temprano, en lugar de tarde, en la historia de un tumor.

Al informar en la revista PLOS ONE, Qian y Akçay sugieren que la incorporación de la teoría evolutiva y ecológica en la biología del cáncer puede ayudar a guiar planes de tratamiento más efectivos.

"En la conciencia pública a menudo parece como el cáncer es tan grande la enfermedad, unitario que necesitamos para vencer de alguna manera, como la polio, lo que no lo es," dice Akçay. "Cada tumor canceroso es una comunidad de esencialmente diferente 'especie' haciendo Diferentes cosas ".

"La comprensión evoluciona la forma de cáncer", añade Qian, "nos puede ayudar a predecir qué linaje llegará a dominar en un tumor y, posiblemente, tratar preventivamente que, para minimizar la posibilidad de resistencia a los medicamentos. O, si se puede predecir qué tipo de evolución Los mecanismos causan metástasis, podemos tratar de abordar eso antes de que comience la metástasis ".

Las células cancerosas no se limitan habitan y se reproducen en medio de las células normales, sino que modifican activamente el medio ambiente que les rodea para que sea más propicio para su propio crecimiento Este proceso puede implicar elevar la formación de vasos sanguíneos o alterar la estructura y el metabolismo de las células cercanas cultivo .. de la llamada microambiente tumoral, o nicho tumor, no se limita a los tejidos vecinos, sin embargo. Metástasis surge cuando las células malignas secretan factores través del torrente sanguíneo a sitios distantes en el cuerpo como una forma de preparando nuevos espacios para el cáncer crezca.

"Es como seres humanos. Preparamos a nuestros hijos mediante la creación de fondos de la universidad y cosas por el estilo", dice Qian. "El cáncer es hacer la misma cosa. Se está preparando un sitio distante que sus hijos algún día a migrar."

Para Qian y Akçay, impregnado de la biología evolutiva teórica y teoría de la ecología, esta característica de propagación presentado preguntas interesantes del cáncer: Suponiendo que las células cancerosas deben sacrificar parte de sus propios recursos para preparar estas zonas distantes del cuerpo, ¿cómo un linaje tales competir con ¿Otros que cultivaron áreas más cercanas al tumor primario? ¿Y qué pasa con los linajes "engañosos" que no contribuyeron a construir el nicho tumoral y luego usaron menos recursos?

Imaginando un tumor primario, los investigadores hacen a mano un tumor modelo compuesto por cuatro tipos de células cancerosas: productores que ayudan a construir microentorno inmediato del tumor; productores que ayudan a construir, sitios pre-metastásicos distantes mediante la secreción de diferentes moléculas; productores que ambas tareas (y tienen el doble del costo en recursos), y tramposos, que no contribuyen a la construcción de nichos (y mucho menos a menos recursos).

La creación de interacciones competitivas entre estos diferentes subconjuntos de células cancerosas y llevando a cabo simulaciones, los investigadores observaron que, cuando los tumores eran pequeños, los productores que contribuyeron a la formación de nichos premetastásico eran más propensos a "ganar" porque había menos competidores en torno al superar Ellos. Pero una vez que los tumores crecieron en tamaño, surgieron más mutaciones, y así el grupo de cocinero aumentó.

"Nichos Los mutantes que contribuyen a premetastásico son más propensos a surgir en los tumores más grandes, pero son menos propensos a establecerse en los tumores", dice Akçay. "Ese es el equilibrio."

"Esto podría predecir que algunos tumores más pequeños son en realidad más probable que conduzca a la metástasis", dice Qian, una conclusión apoyada por observaciones recientes que muestran que, de hecho, las mutaciones de las células de cáncer que se presentan temprano tienen más probabilidades de ser la fuente de la enfermedad metastásica.

"Sucede mucho," Qian señala, "que por el momento una gran cantidad de pacientes a identificar el tumor primario, ya son las semillas de la metástasis en otras partes del cuerpo. Así que incluso si usted trata con éxito el tumor primario, las metástasis podrían tomar más años para crecer y así hasta más tarde. "Mientras que en relación con, el estudio sugiere que las terapias del cáncer pueden beneficiarse de la consideración de un tumor como un ecosistema, uno con choque y las poblaciones de células que podrían ser manipuladas para beneficio del paciente cooperar.

"Creo que se puede aportar una gran cantidad de la teoría ecológica y evolutiva a tener en el diseño de tratamientos", dice Akçay. "Hay personas que están buscando en las pautas de tratamiento óptimas para el control de las expansiones de las poblaciones de células y tratando de alterar la dinámica que permitirían Tumores cancerosos y metastásicos para crecer.

"Todavía no llegamos a eso, nuestro modelo aún intenta comprender la idea básica, pero creo que ideas como esa pueden llegar al diseño del tratamiento".

Qian fue apoyado por Roy y Diana Vagelos Scholars Program en Molecular Life Sciences.

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