En respuesta a los entornos celulares que amenazan su supervivencia, el cáncer tiene una capacidad extraordinaria para cambiar su comportamiento, forma y función. Este rasgo, también conocido como la plasticidad celular, es un indicador clave de la evolución y agresividad de un tumor, y permite que las células cancerosas sean adaptables al estrés y sigan creciendo.
La plasticidad celular es fundamental para que el cáncer pueda engañar a la muerte. Por ejemplo, las células pueden usar partes viejas y dañadas para seguir funcionando o activar programas celulares que las pasan a un estado de senescencia. Las células también pueden desprenderse de un tumor primario e invadir otros tejidos, contribuyendo a la metástasis, incluso cuando el cuerpo normalmente ordene a las células a autodestruirse en la ausencia de interacciones adecuadas de célula a célula.
No existe un consenso universal sobre la definición de la plasticidad celular, aunque desempeñe un papel central en la progresión del cáncer. Poder cuantificar el impacto de estos mecanismos sería una gran ayuda para la investigación y el tratamiento del cáncer, allanando el camino para nuevas herramientas que predigan la agresividad de un tumor y, al mismo tiempo, impulsen el desarrollo de terapias contra el cáncer más efectivas y personalizadas.
“Cuando las células cancerosas intentan trasladarse a una nueva parte del cuerpo para hacer metástasis, tienen que superar una serie de retos. Es como un decatlón a escala celular, pero en lugar de nadar, correr o saltar, las células cancerosas tienen que escurrirse físicamente a través de espacios, adaptarse a diferentes entornos químicos y físicos o interactuar con nuevos tipos de células cuando cambian de ubicación en el cuerpo. Si pudiéramos cuantificar la 'aptitud celular’ en estos eventos como en un sistema de puntuación utilizado en los deportes, podríamos predecir la agresividad tumoral y el potencial metastásico”, afirma la profesora de investigación ICREA Verena Ruprecht, investigadora del Centro de Regulación Genómica (CRG), en Barcelona.
Un consorcio internacional dirigido por la Dra. Ruprecht tiene como objetivo abordar este reto mediante el desarrollo de una nueva plataforma tecnológica que pueda evaluar cuantitativamente la plasticidad tumoral a nivel de una sola célula. Apodada PLAST_CELL, la tecnología imitará el estrés fisiológico que se produce naturalmente en el cuerpo humano y proporcionará lecturas cuantitativas sobre la forma, proliferación y supervivencia de una célula y las características moleculares asociadas a su capacidad para adaptarse a diferentes entornos.
"Crearemos un microscopio de imágenes en vivo de alta resolución que se conectará a un dispositivo que puede imitar el estrés a que se enfrentan las células cancerosas cuando proliferan y colonizan diferentes órganos, incluido el 'estrujón' mecánico de las células en tejidos densos o durante la migración,” explica la Dra. Ruprecht. “Con esta información, podemos estudiar las células cancerosas con un potencial metastásico bajo o alto conocido. Las imágenes dan como resultado la creación de conjuntos de datos que alimentarán herramientas de inteligencia artificial y, en última instancia, ayudarán a predecir el potencial metastásico de las muestras de cáncer de los pacientes.”
El microscopio de imágenes en vivo se utilizará para establecer estándares cuantitativos para identificar los mecanismos genéticos, moleculares y biofísicos que subyacen a la plasticidad de las células cancerosas y la agresividad del tumor. El consorcio cree que la plataforma dará lugar a la 'Plastómica', un campo completamente nuevo en biología que puede proporcionar una nueva perspectiva en el análisis, diagnóstico y, en el futuro, tratamientos del cáncer. El equipo científico anticipa que los descubrimientos de fármacos dirigidos al potencial metastásico y las resistencias surgirán en base a PLAST_CELL dentro de un período de diez años. La plataforma también pretende que se adopte en entornos clínicos como una nueva y poderosa herramienta de diagnóstico para evaluar la agresividad del tumor.
El equipo PLAST_CELL
El proyecto está coordinado por la profesora de investigación ICREA Verena Ruprecht, jefa de grupo en el Centro de Regulación Genómica, y cuenta con una financiación de 3 millones de euros del Consejo Europeo de Innovación, un nuevo organismo incorporado por la Comisión Europea para apoyar la comercialización de tecnologías de alto riesgo y alto impacto en la Unión Europea.
La experiencia del equipo de la Dra. Ruprecht se centra en la dinámica de células y tejidos y la interrelación entre los factores microambientales y la función celular. Su laboratorio combina el estudio de la morfodinámica celular en el embrión vivo con ensayos biomiméticos in vitro para identificar mecanismos de control del comportamiento celular individual y colectivo, esenciales para el desarrollo de la plataforma para la evaluación de la plasticidad celular.
El Dr. Antoni Celià-Terrassa (Instituto Hospital del Mar de Investigaciones Médicas - IMIM) es experto en metástasis del cáncer, células madre cancerosas e inmunología tumoral. Fue pionero en los estudios sobre plasticidad celular durante la metástasis, uniendo la investigación básica y translacional con la innovación hacia el entorno clínico en colaboración con la industria. Trabajará con un equipo multidisciplinar de biólogos, oncólogos y patólogos en el Hospital del Mar y contribuirá de manera crítica a la caracterización de las células metastásicas y la agresividad tumoral.
El Dr. Pablo Loza Alvarez y el Dr. Jordi Andilla (Instituto de Ciencias Fotónicas - ICFO) son expertos en imágenes biológicas avanzadas utilizando microscopía de súper resolución, microscopía de iluminación estructurada (SIM) y microscopía de localización de molécula única (SMLM) para comprender los mecanismos moleculares de la migración celular y la polarización. Sus laboratorios desarrollan herramientas sofisticadas de análisis de datos y serán responsables de la obtención de imágenes cuantitativas de células vivas y la microscopía de superresolución.
La Dra. Virginie Uhlmann (EMBL-EBI) tiene experiencia interdisciplinar en matemáticas aplicadas, el procesamiento de imágenes e informática. Desarrolla algoritmos automatizados de cuantificación de imágenes de microscopía que combinan modelos matemáticos y aprendizaje automático, con un enfoque en la morfometría computacional, una experiencia esencial para el desarrollo de un modelo predictivo de la agresividad tumoral basado en la plasticidad celular.
El consorcio se complementa con un equipo de ingenieros, físicos y biólogos liderado por el Dr. Antoni Homs-Corbera, director de Tecnología de Cherry Biotech (CHB), una pyme francesa con una sólida experiencia en I+D, centrada en microfluidos ultrarrápidos, control de temperatura, sistemas de perfusión de células vivas microfluídicas, microscopía y control de parámetros ambientales en imágenes de células vivas, contribuyendo al desarrollo de plataformas y actividades de explotación.
Este proyecto ha recibido financiación del programa HORIZON-EIC-2021-PATHFINDEROPEN de la Unión Europea en virtud del acuerdo de subvención n.º 101046620. Puede encontrar más información sobre el proyecto en https://plastcell.eu/
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