Modelo matemático simula la evolución de células cancerosas de pacientes con leucemia

Un equipo de investigación del Departamento de Matemáticas de la Universidad de Cádiz (UCA) y del Instituto de Investigación e Innovación Biomédica de Cádiz (INiBICA), así como investigadores del Laboratorio de Oncología Matemática (Môlab) de la Universidad de Castilla La-Mancha, ha participado en el desarrollo de un sistema que aplica modelos matemáticos para simular el avance de las células cancerosas de pacientes afectados por un tipo grave de leucemia. Permite observar su contestación a un tratamiento de inmunoterapia en el que células del sistema inmune del paciente tienen la función de agredir a células tumorales.

Los estudiosos han definido un modelo matemático que funciona como un paciente virtual, recreando, con base en datos médicos de enfermos del Hospital Infantil Pequeño Jesús de Madrid, el desarrollo de uno de los tratamientos de inmunoterapia que se utilizan en casos de recaída de leucemia linfoblástica aguda tipo T.

Este tipo de cáncer comienza en la médula ósea y tiene su origen en las formas tempranas de los linfocitos T, un tipo de glóbulos blancos que dejan de cumplir su función protectora del cuerpo cuando empiezan a crecer de forma descontrolada.

Esta leucemia puede prosperar velozmente si no se trata a tiempo. Para atacarla, la inmunoterapia, esto es, el uso de células del propio paciente, es una opción médica, hasta el momento minoritaria, cuando otros tratamientos, como la quimio o la radioterapia, no han dado los resultados esperados.

La inmunoterapia permite el uso de las células propias para que puedan servir, una vez modificadas genéticamente en el laboratorio y también inyectadas al paciente, como freno al desarrollo de la enfermedad, en este caso, la proliferación de tumores en la sangre o bien la médula.

Aún sin aplicación clínica, el nuevo modelo matemático opera con los datos del enfermo para poder simular y anticipar su respuesta al tratamiento, conforme han expuesto estos científicos en el artículo titulado ‘CAR T cells for T-cell leukemias: Insights from mathematical models’ publicado en la gaceta Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation.

El modelo permitirá a los sanitarios, una vez lo validen, efectuar diferentes estrategias y simulaciones virtuales para reproducir y pronosticar la expansión de las células terapéuticas en un paciente y posibles recaídas, evitando realizar ensayos in vivo, es decir, con animales de experimentación.

Células del sistema inmune

El trabajo se centra concretamente en la inmunoterapia basada en las células CAR-T, iniciales del inglés Chimeric Antigen Receptor T Cells, que, traducidas al español, significan receptores de antígenos quiméricos de linfocitos T.

Los linfocitos T son células del sistema inmunitario que bien pueden destruir de manera directa a gérmenes bien fortalecer el potencial inmune de otras. En estos tratamientos, se los extrae del paciente para ser manipulados genéticamente en el laboratorio, donde se les agrega un anticuerpo con el que, convertidos ya en CAR-T y también inyectados de nuevo al enfermo, pueden identificar a los linfocitos dañados.

Se está aplicando ya con buenos resultados en leucemia linfoblástica aguda tipo B, en la que los linfocitos dañados son los llamados B, glóbulos blancos que cumplen su función protectora mediante anticuerpos. Sin embargo, presentan problemas en las de tipo T, al agredir asimismo a células sanas o bien a otras CAR-T.

El equipo investigador de la UCA y el INiBICA, en el que también participa el Laboratorio de Oncología Matemática (MOLAB) de la Universidad de Castilla-La Mancha, ha introducido en un programa informático los datos de linfocitos T, sanos y tumorales, y CAR-T del paciente. “Su diana es atacar a las células malas e intentamos, con los datos de los médicos, que están dando las terapias a los pequeños en la capital española, reproducir, y simular lo que sucede mediante estas células dentro de la sangre y también en la médula”, ha explicado a la Fundación Descubre María Rosa, investigadora de la UCA y autora principal de estos trabajos.

El modelo ha reproducido las contrariedades que se venían observando en el tratamiento en el laboratorio de las células terapéuticas antes de ser inyectadas al paciente.

Expansión de células regeneradoras

En este sentido, esta nueva herramienta matemática ha establecido que la expansión de las células CAR-T, reprogramadas para agredir al cáncer de sangre, es posible por el gran número de objetivos, linfocitos B dañados por la leucemia.

El enfoque articulado por este equipo, con la participación de la UCA y el INiBICA, ha tolerado, en este contexto, certificar que estas células pueden controlar la proliferación de tumores pero no eliminar la enfermedad.

En este sentido, las células CAR-T, dispuestas para atacar a los linfocitos leucémicos, a veces también se destrozan a ellas mismas. Es el proceso conocido como fraticidio, que asimismo se recoge como una hipótesis para asistir a los médicos a prevenirlo. “Todos los modelos matemáticos y de inteligencia artificial que el grupo está desarrollando, junto a los médicos, no tienen otro objetivo que incorporarlos al diagnóstico y al tratamiento, para poder ser usados como una futura herramienta pronóstica y de medicina personalizada”, ha añadido Rosa.

Si bien el tratamiento no cure la enfermedad, el modelo deja ganar tiempo para probar estrategias terapéuticas alternativas, que pueden pasar por combinarlo con quimioterapia. El resultado final del trabajo, con las hipótesis planteadas y las conclusiones obtenidas, se ha entregado a los médicos de los hospitales madrileños que han cooperado con este equipo estudioso.

Mientras, los científicos seguirán estudiando en diferentes vías, como la colección de datos para añadir a modelos con más detalles biológicos de las diferentes leucemias de células T. “Esperamos que nuestro trabajo estimule el trabajo futuro en este interesante y esperanzador campo de la inmunoterapia”, ha resumido la estudiosa de la UCA.

El presente estudio se ha enmarcado en sendos proyectos del Ministerio de Ciencia y también Innovación, ITI Cádiz dos mil diecinueve-Proyectos de Investigación en Salud, de la Asociación Pablo Ugarte y de la Junta de Comunidades de Castilla-La Mácula.

Fuente: Fundación Descubre