Un solo número ayuda a los científicos de datos a encontrar las células cancerosas más peligrosas

Un solo número ayuda a los científicos de datos a encontrar las células cancerosas más peligrosas

Los científicos de datos de Stanford han demostrado que averiguar un solo número puede ayudarlos a encontrar las células cancerosas más peligrosas.

Se cree que las células que inician el cáncer son células madre, que son células difíciles de encontrar que pueden reproducirse y desarrollarse, o diferenciarse, en tejidos más especializados, como la piel o los músculos, o, cuando se deterioran, en cáncer.

“En este momento, las terapias dirigidas se centran en genes o moléculas específicos , la gran mayoría de los cuales pueden no ser específicos para las células madre del cáncer”, dijo Aaron Newman, Ph.D., profesor asistente de ciencia de datos biomédicos y miembro del Instituto. para la biología de células madre y la medicina regenerativa. “Por lo general, estas terapias no funcionan por mucho tiempo. Pero si puedes identificar las células menos diferenciadas y luego buscar marcadores específicos para ellas, ya no es un juego de adivinanzas para encontrar los genes a los que apuntar”.

El hallazgo del estudio también es significativo porque la identificación de células madre de varios tipos de tejidos es un paso importante hacia la regeneración de tejidos dañados o con mal funcionamiento.

Lo que los científicos demostraron es que a medida que las células madre se diferencian más y se parecen más a las células adultas, expresan cada vez menos genes. Anteriormente, otros investigadores habían notado esta correlación y pensaron que podría ser una coincidencia interesante. Pero Newman y sus colegas fueron los primeros en clasificar miles de pruebas genéticas unicelulares en bases de datos públicas y probar que este patrón era consistente y confiable.

Newman y MD-Ph.D. El estudiante Gunsagar Gulati combinó la medición de la cantidad de genes expresados ​​en una célula con la medición de la cantidad de copias de ARN creadas por gen como base para un algoritmo informático, CytoTRACE, diseñado para determinar qué tan avanzadas son las células en desarrollo.

Un artículo que describe la investigación ha sido publicado en línea hoy en Science . Newman es el autor principal. Gulati y Shaheen Sikandar, Ph.D., un instructor en el instituto, comparten la autoría principal.

Las células tumorales son diversas

Los tumores cancerosos pueden contener muchos millones de células, cada una de las cuales puede tener miles de mutaciones genéticas. Las células en un tumor son diversas. La mayoría serán células diferenciadas que se extinguirán naturalmente por sí mismas, mientras que relativamente pocas son las células madre cancerosas más peligrosas, o células iniciadoras de tumores. Estas celdas son difíciles de encontrar y, por lo tanto, difíciles de caracterizar utilizando los métodos actuales, pero mucho más fáciles de encontrar con CytoTRACE.

“Como investigador del cáncer, lo que me parece más emocionante es que esta herramienta nos ayuda a encontrar las células iniciadoras de tumores que desde hace tiempo se sabe que son responsables de la resistencia al tratamiento, las metástasis y las recaídas después del tratamiento”, dijo Sikandar.

Michael Clarke, MD, uno de los autores del artículo, fue el primer investigador en identificar células madre cancerosas en un tumor sólido. Clarke, profesor de medicina en Stanford, dijo que CytoTRACE, que analiza los datos de todo el ARN creado en una sola célula, puede recapitular rápidamente la investigación que lleva años usando métodos tradicionales. “La forma en que actualmente encontramos marcadores celulares para las células madre cancerosas es hacer conjeturas educadas sobre qué marcadores probablemente serán importantes, luego clasificar esas células y buscar actividad de las células madre”, dijeron Clarke, Karel H. y Avice N. Beekhuis. Profesor de Biología del Cáncer y director asociado del Instituto de Biología de Células Madre y Medicina Regenerativa.

Los investigadores pueden observar relativamente pocos marcadores a la vez, por lo que requiere mucha clasificación y análisis, y al final, es probable que solo tengan un éxito parcial en la búsqueda de buenos marcadores de las células madre que están buscando, dijo. “Lo que CytoTRACE nos permite hacer es primero encontrar las células madre o progenitoras, luego ver qué marcadores únicos tienen”.

En el documento, los investigadores describen el uso de CytoTRACE para consultar datos de ARN de una sola célula para el cáncer de mama triple negativo, un tipo de tumor que es más raro pero más peligroso porque el crecimiento del tumor no depende de las vías bioquímicas que los médicos suelen tratar. cáncer de mama. CytoTRACE no solo identificó marcadores conocidos de células madre cancerosas, sino que también detectó un marcador que anteriormente no se consideraba importante. “Parece que este gen tiene un potencial increíble como terapéutico”, dijo Clarke.

Herramienta potencial para cazar otras células madre ligadas a enfermedades

CytoTRACE también tiene el potencial de transformar la forma en que los investigadores buscan células madre asociadas con otras enfermedades, dijo Newman. “Esta herramienta también podría ser útil para encontrar tratamientos para trastornos como el Alzheimer u otras enfermedades degenerativas donde la pérdida de la función de las células madre podría ser parte del proceso de la enfermedad”, dijo.

La medicina regenerativa, en la que el tejido enfermo o dañado se repara mediante la actividad de las células madre, requiere la capacidad de aislar poblaciones purificadas de células madre específicas de un tejido dado. Para regenerar el hueso, el corazón o los ojos, por ejemplo, los investigadores primero deben encontrar las células madre responsables de regenerar esos órganos. Los investigadores dicen que encontrar los marcadores que son específicos para estas células madre normales ha sido muy similar al proceso para encontrar marcadores de células madre cancerosas, es decir, el producto de suposiciones educadas, suerte y mucho trabajo en el laboratorio. CytoTRACE podría acortar significativamente ese proceso.

“Una de las principales motivaciones detrás del desarrollo de CytoTRACE fue crear una herramienta para la identificación rápida y precisa de células madre en humanos”, dijo Gulati. “Pero otra pregunta importante que esperamos responder es cómo cambia el funcionamiento interno de una célula a medida que la célula se transforma de un estado a otro. Esta investigación abre una nueva vía de investigación para estudiar cómo los cambios globales en la expresión génica y la estructura del ADN influyen el estado de una celda “.

En general, dijo Newman, el estudio muestra el poder y la promesa de utilizar grandes datos para avanzar en la biología y la medicina a través de la investigación informática que complementa los descubrimientos realizados en el laboratorio.

“No habría sido posible reunir todos estos datos en nuestro laboratorio, pero al usar bases de datos públicas y hacer las preguntas correctas, es cada vez más posible hacer descubrimientos fundamentales en biología y medicina”, dijo.

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