Excelenciencia

La mecanobiología se abre paso para explicar el cáncer de mama

Xavier Pujol Gebellí

CIENCIA     |    BIOINGENIERÍA    |    04/06/2014

La epigenética, entendida como la influencia del entorno sobre la expresión de los genes, está aportando cada vez más respuestas para entender mejor el origen de multitud de enfermedades. Pero ese entorno no es solo bioquímico, puede ser también físico. La respuesta mecánica al entorno celular empieza ya a explicar el por qué de algunos procesos. Así ocurre en la formación de tumores de mama de acuerdo con los resultados de una publicación reciente de investigadores del IBEC en Nature Materials.

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Visualización del movimiento de las estructuras que utilizan las células para aplicar fuerza sobre su entorno.

La publicación del primer borrador del genoma humano, en el ya lejano año 2000, dio paso a múltiples promesas, especialmente en el campo de la biomedicina. Transcurridos prácticamente tres lustros, todo cuanto hace referencia a la medicina personalizada, uno de los grandes sueños, sigue todavía en fases incipientes. "Los genes no lo son todo”, afirma Pere Roca-Cusachs, investigador del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC). "El entorno influye tanto que puede condicionar si un gen se expresa o no”, prosigue. Ese entorno, a nivel celular, depende mayormente de factores bioquímicos y moleculares, a la vez que de los de carácter físico también. En particular, de cambios en las propiedades mecánicas.

La dureza es una de ellas. Se sabe que esta propiedad influye en la formación de diferentes tipos de tumores y que juega un papel relevante en fibrosis, además de en otras patologías. Lo mismo se sabe de las integrinas, una familia de, al menos, 24 moléculas cuya función principal es anclar la célula a la matriz extracelular, al tiempo que facilitar la comunicación entre célula y célula, y entre esta y la matriz en la que se encuentra. Normalmente en la superficie celular en altas concentraciones, se observan variaciones en su composición en determinadas formas de cáncer.

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Cubierta de Nature Materials donde se han publicado los resulatgdos recientemente. (Fuente: Nature Materials, con imagen de Alberto Elosegui, Xavier Serra-Picamal y Raimon Sunyer.)

Lo que desconcocía es que integrinas y dureza mecánica estaban íntimamente vinculadas. Y, especialmente, que esta vinculación pudiera tener relación con la formación y progresión de tumores, algo que han evidenciado Pere Roca-Cusachs y su equipo del IBEC en tumores de mama. "Todavía no sabemos si se trata de un fenómeno puntual o bien se trata de un principio universal”, explica el investigador. Los resultados han merecido la portada del último número de la revista Nature Materials.

El concepto de dureza

"Hemos descubierto el mecanismo por el cual las células de mama son capaces de detectar y responder a la dureza física de su entorno”, relata Roca-Cusachs. Según se ha visto en estudios precedentes, el endurecimiento del tejido mamario puede ser una causa determinante en la progresión del tumor, añade.

"Si se cultivan células sanas sobre un sustrato blando, acaban autoorganizándose dando forma a estructuras que recuerdan los conductos mamarios”, explica, mientras que si es sobre un sustrato duro "se organizan como si se tratara de un tumor”. Del mismo modo, y según se ha visto en modelos animales en los que se ha implantado un tumor, al endurecer el tejido circundante el tumor se comporta de forma más invasiva, mientras que si es a la inversa, se ralentiza la progresión.

"La pregunta de cómo una célula responde a la rigidez del tejido circundante llevaba tiempo buscándose”, continúa. Hasta ahora no había respuesta clara, ni para células sanas ni para células enfermas. "Se conocía el qué pero no el cómo ni el por qué”. Poco a poco, y tras su paso por la Universidad de Columbia en Nueva York, donde estuvo cuatro años investigando estos mecanismos, se fueron abriendo paso distintas respuestas. Conocía ya que los cambios de rigidez y de composición de las integrinas eran frecuentes en cáncer y a la vuelta diseñó un proyecto que acabaría relacionando ambos procesos.

Pere Roca-Cusachs: «Hemos descubierto el mecanismo por el cual las células de mama son capaces de detectar y responder a la dureza física de su entorno».
"Si quieres saber como una célula responde a estímulos mecánicos debes fijarte en las moléculas que emplea para adherirse a su entorno, en este caso, las integrinas”. El estímulo mecánico viene a ser la fuerza que aplica la célula, lo cual puede medirse mediante sus propiedades adhesivas o, lo que es lo mismo, el tiempo que tardan estas moléculas en enlazar o romper el enlace con las moléculas del entorno. "A mayor rigidez del entorno, las células sanas responden dejando de aplicar fuerzas”. Es decir, la integrinas limitan sus propiedades adhesivas. "Es un mecanismo para evitar el endurecimiento”, explica el investigador.

En células cancerosas, sin embargo, se pierde esta capacidad de control. La sobreexpresión de una integrina concreta, común en varias formas de cáncer, provoca que cuanto más duro es el tejido circundante, más fuerza ejerce la célula, de modo que favorecería el endurecimiento progresivo del tejido y desencadenaría la eventual formación de tumores y nódulos duros.

Un futuro por delante

La investigación, que ha culminado en apenas dos años, no se detiene aquí. Por de pronto, se ha definido ya una línea colaborativa con investigadores de la Universidad Queen Mary de Londres para esclarecer cómo rigidez e integrinas pueden contribuir al diagnóstico y prognosis del cáncer, campo en el que ya se están obteniendo resultados.

Pero la continuidad lógica de este proyecto es clarificar si se ha dado con un patrón universal o, por el contrario, se trata de una característica más de los tumores de mama. "Hay que estudiar integrina por integrina y correlacionar los resultados con distintas formas de cáncer”, describe Roca-Cusachs. Dicho de otro modo, aclarar si las propiedades mecánicas determinadas por las integrinas favorecen o no la formación de tumores y trasladar este conocimiento al diseño de nuevas terapias.


Mecanobiología, un paso más allá de la genética


Con la mecanobiología, una disciplina emergente surgida en buena parte de la biomecánica, investigadores de muy distintas procedencias, de la biología a la física pasando por la ingeniería, están aportando conocimientos clave sobre cómo las propiedades físicas del entorno, como la dureza o la rigidez, pueden condicionar o incluso dirigir una respuesta biológica. De algún modo, complementa la definición de una epigenética en la que habitualmente se han considerado los aspectos bioquímicos y moleculares y se han dejado en un segundo plano los meramente físicos.

Hay que profundizar en los conocimientos de la relación entre estímulos bioquímicos y mecánicos.

Además del estudio del cáncer y otras patologías como la fibrosis o procesos como la inflamación, este tipo de conocimientos están resultando de especial interés para la investigación del desarrollo embrionario y en cómo dirigir la formación de tejidos y órganos a partir de células madre. En todos estos casos prima la interdisciplinariedad y el interés por "entender bien” la relación entre estímulos bioquímicos y mecánicos.





Xavier Pujol Gebellí

Periodista

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Excelencia Severo Ochoa

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