Cualquier tumor está compuesto por una multitud de tipos de células que pueden verse o comportarse de manera diferente a sus vecinas. Un cuerpo de investigación emergente sugiere que estas diferencias pueden influir en la progresión de la enfermedad o en la forma en que un tumor responde a los medicamentos.
por Kevin Jiang, Escuela de Medicina de Harvard
Ahora, un nuevo estudio realizado por científicos de la Escuela de Medicina de Harvard muestra que dicha diversidad celular también puede desempeñar un papel fundamental en la capacidad de un cáncer de invadir sitios distantes en todo el cuerpo, un proceso conocido como metástasis.
La investigación, realizada en ratones y publicada en Nature Communications , identifica una interacción cooperativa transitoria entre las células de cáncer de ovario que permite que las células tumorales no metastásicas hagan metástasis.
El equipo aisló subpoblaciones de células de tumores de ovario humanos y descubrió que ninguna tenía la capacidad de formar tumores metastásicos por sí sola. Pero cuando ciertas subpoblaciones se mezclaron, una interacción bioquímica cooperativa entre las células actuó como un interruptor que desencadenó la metástasis.
Los hallazgos arrojan luz sobre un mecanismo novedoso que impulsa la propagación del tumor y abre nuevos caminos de estudio para prevenir o diseñar tratamientos dirigidos contra una de las características más letales del cáncer.
«La interferencia entre células que de otro modo serían inocuas dentro de un tumor puede desempeñar un papel clave en la determinación de la capacidad metastásica de un cáncer», dijo la autora principal del estudio Joan Brugge, profesora de Biología Celular Louise Foote Pfeiffer en el Instituto Blavatnik del HMS.
«Este mecanismo debe tenerse en cuenta en los esfuerzos por identificar dianas terapéuticas relevantes para el desafío extremadamente difícil de bloquear la metástasis», dijo Brugge, quien también es codirector del Centro Ludwig de Harvard.
A medida que los científicos trabajan para comprender mejor el papel de la diversidad celular dentro de los tumores, la evidencia ha insinuado que las células pueden cooperar para aumentar las tasas de crecimiento y diseminación. Sin embargo, los detalles de cómo ocurre esto hasta ahora no estaban claros.
Para investigar, Brugge y sus colegas, dirigidos por el primer autor Suha Naffar-Abu Amara, investigador del HMS en biología celular, estudiaron las características de subpoblaciones de células cancerosas individuales y mezclas de subpoblaciones tomadas del mismo tumor.
Se centraron en una línea celular derivada de cáncer de ovario humano, que se sabía que formaba tumores metastásicos cuando se trasplantaba a ratones. El equipo aisló numerosas células individuales y expandió cada célula en una población de clones idénticos. Basándose en las diferencias en la forma y el crecimiento de las células, seleccionaron 11 de estas poblaciones para su estudio.
Trabajo en equipo transitorio
Cuando el equipo inyectó una mezcla de las 11 poblaciones clonales en el abdomen de los ratones, observaron un crecimiento robusto y la formación de tumores sólidos metastásicos en diferentes órganos como se esperaba.
Sin embargo, cuando cada población se inyectó individualmente, solo un clon, llamado CL31, mostró un crecimiento significativo. El resto se estancó, disminuyó en número o desapareció por completo.
Sorprendentemente, ninguno de los clones, incluido CL31, fue capaz de formar tumores metastásicos sólidos por sí solo.
«Todos los clones, excepto uno, simplemente murieron cuando se inyectaron individualmente, y la única forma de obtener metástasis era mezclar las poblaciones», dijo Brugge. «No teníamos idea de que íbamos a observar lo que hacíamos, y este fue el fenómeno que nos impulsó durante años a comprender mejor».
Para identificar cómo las células cancerosas mixtas condujeron a la diseminación del tumor, mientras que las subpoblaciones individuales no lo hicieron, el equipo etiquetó cada clon con un código de barras de ADN único y observó la composición de los tumores metastásicos.
Inicialmente, los 11 clones estaban presentes en aproximadamente el mismo número después del trasplante en el ratón. Pero después de unas semanas, más del 80 por ciento de las células eran clones CL31. En la semana 10, se habían formado tumores metastásicos que estaban compuestos casi en su totalidad por CL31. Este hallazgo, junto con experimentos adicionales, proporcionó una fuerte evidencia de que las interacciones entre poblaciones clonales permitían de alguna manera que las células CL31 se volvieran metastásicas.
Los análisis genéticos revelaron que las células CL31 poseían exclusivamente niveles amplificados del gen ERBB2, que codifica un factor de crecimiento llamado HER2 que ha sido implicado en ciertos tipos de cáncer de mama. En particular, cuando el tumor original se analizó genéticamente en masa, los investigadores vieron pequeñas poblaciones de células con ERBB2 amplificado, lo que confirma que el enfoque de clonación de una sola célula identificó con éxito células raras del tumor original.
Buscando factores que activan ERBB2 en las células CL31, los investigadores se centraron en una proteína de señalización llamada anfirregulina, que se encuentra en cantidades elevadas en los cánceres de ovario avanzados y se ha asociado con un mal pronóstico.
El equipo identificó una población clonal específica que expresa altos niveles de anfirregulina. Cuando se inyectó junto con CL31, la mezcla de estas dos subpoblaciones de células fue suficiente para causar metástasis. Esta interacción cooperativa que involucra anfirregulina ayudó a CL31 a invadir y colonizar otros órganos. Pero este trabajo en equipo fue solo temporal, ya que CL31 pronto superó a su socio. Después de algunas semanas, solo quedaron células CL31 en los tumores.
Experimentos adicionales revelaron que la exposición a anfirregulina durante un breve período de tiempo después de la inyección de CL31 es suficiente para actuar como un interruptor que permite que CL31 forme tumores metastásicos.
«Identificar el mecanismo molecular subyacente a la cooperación clonal fue un desafío», dijo Naffar-Abu Amara. «Surgieron y murieron muchas hipótesis de trabajo, pero finalmente las piezas del rompecabezas empezaron a encajar. Ver los bloques de construcción finalmente alinearse fue una fase muy emocionante y satisfactoria en nuestra investigación».
Largo camino
La identificación de este mecanismo previamente desconocido que impulsa la metástasis ahora abre nuevas líneas de estudio para comprender mejor el proceso y encontrar nuevos enfoques para controlarlo, dijeron los autores.
El equipo realizó experimentos que demostraron que el bloqueo de la capacidad de las células CL31 para reconocer la anfirregulina podría interferir con la formación de tumores metastásicos sólidos. Sin embargo, se deben responder innumerables preguntas antes de que se pueda considerar cualquier aplicación clínica potencial, según Brugge y sus colegas.
Los hallazgos del estudio se basaron en modelos de células y ratones, y se requiere investigación adicional para confirmar si el mecanismo es similar en humanos. A diferencia de la mayoría de los otros cánceres, las células de cáncer de ovario crecen y se diseminan en el líquido de la cavidad abdominal, formando tumores metastásicos sólidos en las superficies de sitios como el diafragma y el páncreas. Se necesitan más estudios para revelar si mecanismos similares juegan un papel en los cánceres que se propagan a través de la sangre o los sistemas linfáticos.
Los resultados también informan los esfuerzos para comprender mejor los comportamientos y las interacciones de diferentes tipos de células dentro de los tumores, según los autores. Estas dinámicas están cada vez más implicadas como una causa de sensibilidad a los fármacos impredecible, resistencia a los fármacos y propiedades como la metástasis. Por tanto, la metástasis del cáncer de ovario ofrece un modelo intrigante para estudiar la dinámica evolutiva de la cooperación entre las células cancerosas, escribieron los autores.
Además, el estudio destaca la importancia de los modelos animales en el estudio del cáncer. Normalmente, la investigación sobre metástasis implica comparaciones entre el tumor primario y un tumor metastásico, que puede omitir información sobre interacciones sensibles al tiempo.
«Debido a que esta interacción fue transitoria, los enfoques estándar para comparar tumores primarios y metastásicos no son factibles», dijo Brugge. «Seríamos ciegos a este tipo de mecanismo sin emplear modelos animales y poblaciones clonales individuales de células «.