Aproximaciones bioeléctricas al cáncer
el cáncer como problema de escalamiento del “yo celular”
Por Francia Ramírez Carmen Daniela
Facultad de Psicología, UNAM
Diciembre 2022
De acuerdo con el Instituto Nacional del Cáncer, el cáncer es una patología causada por la multiplicación de células atípica por todo el cuerpo (INC, 2021). Este proceso de multiplicación genera tumores, pudiendo ser benignos o malignos. Los tumores benignos no se diseminan a tejidos. Sin embargo, un tumor maligno (canceroso), puede diseminarse a tejidos cercanos o viajar a otras partes del cuerpo.
Entre las razones por las que se pueden formar los tumores está la capacidad de las células cancerosas de reproducirse sin señal previa proveniente de la comunicación e interacción con otras células para indicar la reproducción. Incluso esto puede causar que se inhiba la señalización de la apoptosis, la señal de dejarse multiplicar, al entrar en contacto con células de otras partes del cuerpo.
La Asociación Mexicana de Lucha contra el Cáncer, registra que el cáncer es la segunda causa de muerte en el mundo, y en México, es la tercera causa, con un promedio de 191.000 diagnósticos (AMLCC, 2021). Considerando estas estadísticas, el tratamiento y estudio del cáncer se ha vuelto primordial. Entre las principales está el entender el comportamiento y la comunicación celular. Es esto lo que busca explicar el investigador Michel Levin en su artículo publicado en el 2021 “Bioelectrical approaches to cancer as a problem of the scaling of the cellular self”.
A continuación, se retomarán algunos de los conceptos más relevantes de este artículo con el fin de reconocer su importancia en las nuevas líneas de investigación para comprender a profundidad el cáncer y buscar un nuevo tratamiento contra éste.
Dentro de las especies más usadas para estudiar el comportamiento celular, se encuentran las planarias. Esta especie es un tipo de gusano que se caracteriza por tener células madre, las cuales participan en el crecimiento y reparación de daños en el cuerpo. Asimismo, tiene células intersticiales y neoblastos, los cuales tienen la capacidad de reemplazar las células dañadas ante un cambio fisiológico, proliferándose de acuerdo con la necesidad (Birnbaum & Alvarado, 2008.). Las planarias tienen una capacidad extraordinaria para regenerar todas las células de su cuerpo a tal punto que pueden ser cortadas en más de 200 pedazos. Lo impresionante es que cada uno de esos cortes regenerará de nuevo todo el segmento del cuerpo faltante. Esto nos permite preguntarnos, ¿las células en el ser humano tienen conductas regenerativas?
Levin (2021) desarrolla en su artículo que los cuerpos multicelulares no solo tienen destreza de transformar una instrucción genética a una expresión anatómica, sino también, minimiza los errores de procesamiento en la génesis celular. La característica principal de las planarias que se aborda en el artículo de Levin (2021), es la capacidad de regeneración y el rol de los neoblastos. Los neoblastos son células que permiten la regeneración. En modelos humanos, los neoblastos tienen el nombre de células madres, células con características pluripotentes; éstas se encuentran principalmente en el desarrollo embrionario. Sin embargo, en las planarias, se encuentran durante toda la vida del organismo (Rink, 2013).
Para comenzar a explicar el proceso de regeneración, fue necesario comprender primero el proceso de comunicación entre las células. Esta comunicación es resultado de la evolución y se basa en los mecanismos, moléculas y las series de pasos que dieron lugar a la vida misma (Combarnous & Nguyen, 2020).
A nivel celular, existe un cambio en el voltaje de la membrana celular influyendo en la actividad de los canales de iones de las células. Este cambio de voltaje permite una interacción transmembranal involucrando a los gradientes encargados de procesos químicos y biológicos en el organismo. El estudio de estos intercambios de manera individual permite comprender la conducta de las células a nivel colectivo y los procesos de comunicación para su reproducción. En relación con el cáncer, comprender la comunicación celular sobre las señales de reproducción posibilita la línea de investigación del desarrollo, regeneración y la forma de revertirlo (Adams & Levin, 2012).
Para iniciar el estudio de la comunicación entre células, se observa la variación en el voltaje de membrana, esperando que sea lo suficiente para iniciar el intercambio intermembranal. Después, se identifican las redes implicadas en distintas funciones y se hace una analogía con un circuito eléctrico. Por último, se pone a prueba el nuevo circuito creado, modelando distintas variaciones en el voltaje de membrana y observando a qué función pertenece cada variación (Pietak & Levin, 2017). De las funciones más importantes de la comunicación celular, está la homeostasis de células y tejidos. Está interacción entre células se ha considerado como explicación a la aparición de enfermedades (Mansoori et al., 2022).
En el cáncer, las células atraviesan una serie de cambios en su maquinaria, desde la proliferación celular, la migración celular y la apoptosis. Todos estos procesos celulares y su correcto funcionamiento son necearios para la conservación de la vida de un organismo.
Las células madre, tiene la capacidad de modificar su forma, tamaño y función para pertenecer a cualquier sistema de un individuo, adaptándose a las necesidades. Entonces, ¿qué sucede cuando se forma un tumor? ¿No se supone que las células madre son el inicio de la vida?
Una enfermedad tan grave y mortal como el cáncer, inicia con una célula. Esto es, con el cambio conductual de una célula madre, se puede afectar todo el organismo, creando más células madre sin una meta o una función específica. Al acumularse estas células, se genera un tumor, ya sea benigno o maligno. La pregunta ahora es, ¿será posible reprogramar la conducta de todas estas células, una por una? O, ¿con una sola célula se podrá reprogramar a miles de células?
Para esto, el área clínica se ha enfocado a utilizar los mecanismos eléctricos de las células para establecer nuevas técnicas de estudio, imagen y tratamiento, a esta área se le conoce como bioelectricidad. Las redes y los canales de las células sirven como blancos para manipular las señales eléctricas endógenas, modificando las expresiones genéticas, la estructura citoesquelética y la conducta celular.
La distribución celular se caracteriza por estar hiperpolarizada en medio y despolarizada en las orillas, con tan solo un pequeño cambio en este equilibrio de membrana se puede alterar toda la composición, expresión genética y conducta celular (Levin et al., 2019).
Asimismo, la bioelectricidad ha abierto camino al estudio de la regeneración en distintas especies. Como se mencionó anteriormente, la planaria ha sido de las principales participantes. Las señales eléctricas endógenas, se han visto esenciales ante la migración celular hacia la herida o zona que se busca regenerar. Los gradientes del intercambio intermembrana en estado de reposo, permiten la regulación de la proliferación celular y la cascada de señalización que hace posible la organogénesis y otros procesos de génesis (Levin et al., 2019).
Todavía hay mucho por descubrir acerca del funcionamiento de las células madre, de su capacidad de crear vida donde se esperaría, pero también donde no. Las técnicas bioeléctricas aún tienen un largo camino por recorrer. Es cierto que brindan una perspectiva nueva para comprender la conducta celular y la comunicación celular de tal forma que se pueda modificar la bioelectricidad de las células cancerosas para evitar que se sigan reproduciendo. El cáncer es una de las miles de enfermedades que amenazan el bienestar de un individuo, por lo que nuevos enfoques de abordaje y retomando enfoques ya conocidos, sólo aumentan las posibilidades de encontrar una solución, o al menos acercarse a ella.
ARTÍCULOS Y VÍDEOS RECOMENDADOS
Vining, K. H., & Mooney, D. J. (2017). Mechanical forces direct stem cell behaviour in development and regeneration. Nature reviews. Molecular cell biology, 18(12), 728–742. https://doi.org/10.1038/nrm.2017.108
Levin, M. (2021). Bioelectric signaling: Reprogrammable circuits underlying embryogenesis, regeneration, and cancer. Cell, 184(8), 1971-1989. https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.02.034
Michael Levin - Can Organismal Pattern Homeostasis Supress Cancer?
En esta conferencia, Levin propone cómo se puede intervenir en el cáncer con tan sólo manipular eléctricamente la conducta de una célula, iniciando de manera individual para extenderse a grupos de células.
Identifying the Key Genes for Regeneration | HHMI Biointeractive video
En este video se explica claramente la función de las planarias y su proceso de regeneración, así como una ejemplificación de su papel en investigaciones.
REFERENCIAS
¿Qué es el cáncer? (2021, 5 mayo). Instituto Nacional del Cáncer. https://www.cancer.gov/espanol/cancer/naturaleza/que-es
Asociación Mexicana de la Lucha Contra el Cáncer. (2021, 21 mayo). El cáncer en México y el Mundo. https://www.amlcc.org/el-cancer-en-mexico-y-el-mundo/
Birnbaum, K.D., & Alvarado, A.S., 2008. Slicing across kingdoms: regeneration in plants and animals. Cell 132, 697e710.
Adams, D. S., & Levin, M. (2012). General principles for measuring resting membrane potential and ion concentration using fluorescent bioelectricity reporters. Cold Spring Harbor Protocols, 7(4), 385–397. https://doi.org/10.1101/pdb.top067710
Combarnous, Y., & Nguyen, T. M. D. (2020). Cell communications among microorganisms, plants, and animals: Origin, evolution, and interplays. International Journal of Molecular Sciences, 21(21), 1–22. https://doi.org/10.3390/ijms21218052
Levin, M. (2021). Bioelectrical approaches to cancer as a problem of the scaling of the cellular self. Progress in Biophysics and Molecular Biology, 165, 102–113. https://doi.org/10.1016/j.pbiomolbio.2021.04.007
Levin, M., Selberg, J., & Rolandi, M. (2019). Endogenous Bioelectrics in Development, Cancer, and Regeneration: Drugs and Bioelectronic Devices as Electroceuticals for Regenerative Medicine. IScience, 22, 519–533. https://doi.org/10.1016/j.isci.2019.11.023
Mansoori, B., Baradaran, B., Nazari, A., Gaballu, F. A., Cho, W. C. S., & Mansoori, B. (2022). MicroRNAs in the cancer cell-to-cell communication: An insight into biological vehicles. Biomedicine and Pharmacotherapy, 153(June), 113449. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2022.113449
Pietak, A., & Levin, M. (2017). Bioelectric gene and reaction networks: Computational modelling of genetic, biochemical and bioelectrical dynamics in pattern regulation. Journal of the Royal Society Interface, 14(134). https://doi.org/10.1098/rsif.2017.0425
Rink, J. C. (2013). Stem cell systems and regeneration in planaria. Development Genes and Evolution, 223(1–2), 67–84. https://doi.org/10.1007/s00427-012-0426-4
Rodat-Despoix, L., Chamlali, M. & Ouadid-Ahidouch, H. (2021). Ion channels as key partners of cytoskeleton in cancer disease. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Reviews on Cancer, 1876(2), 188627. https://doi.org/10.1016/j.bbcan.2021.188627