Matemáticas aplicadas a la lucha contra el cáncer


Es importante recordar que todos los tipos de cáncer son causados por anormalidades en el material genético celular, siendo dichas anormalidades causadas por múltiples causas, no todas ellas del todo comprendidas.

Por: Juan Carlos Martínez García*/La Jornada

México, D.F. .- Se denomina cáncer a un conjunto de enfermedades en las cuales el organismo afectado produce un exceso de células malignas, con rasgos típicos de comportamiento y crecimiento descontrolado. Se estima que a escala global el cáncer causa cerca del 13 por ciento de todas las muertes y de acuerdo con la Sociedad Americana del Cáncer, 7.6 millones de personas murieron de cáncer en el mundo durante 2007 (datos tomados de la Wikipedia).

No es difícil entonces imaginarse la inmensa tragedia humana que el cáncer significa; tan sólo la muerte en edad productiva de millones de personas tiene consecuencias en extremo negativas para la economía de los países afectados. Esto explica el porqué de los inmensos recursos que se dedican en la batalla contra el cáncer en los países desarrollados. Una parte importante de dichos recursos se invierte en el desarrollo de nuevas terapias, que dependen en gran medida de la comprensión de los mecanismos celulares ligados al cáncer. Nuevos medicamentos son creados basados en dicha comprensión y en su evaluación las matemáticas aplicadas juegan un papel cada vez más importante.

Es importante recordar que todos los tipos de cáncer son causados por anormalidades en el material genético celular, siendo dichas anormalidades causadas por múltiples causas, no todas ellas del todo comprendidas. Existen genes que son más susceptibles a sufrir mutaciones que desencadenen cáncer. Esos genes, cuando están en su estado normal, se llaman protooncogenes, y cuando están mutados se llaman oncogenes. Todo gene, normal o no, codifica una proteína y en el caso de los genes ligados al cáncer, las proteínas codificadas suelen ser receptores de factores de crecimiento o bien codifican los factores de crecimiento en sí.

De esta manera, mutaciones genéticas hacen que los receptores producidos estén permanentemente activados o bien que se produzcan factores de crecimiento en exceso y sin control y en algunos casos es el proceso natural de muerte programada de las células (apoptosis) el que está siendo afectado. Ahora bien, las funciones celulares resultan de la actividad de redes moleculares, en las que intervienen las proteínas codificadas por los genes, así como otras especies moleculares directamente fabricadas por la maquinaria celular o que provienen del

exterior. Se suele interpretar a las redes bioquímicas celulares como rutas a través de la cual circula información, esto es mensajes químicos.

Una red dada actúa regulando las tasas a las cuales se producen las proteínas codificadas por los genes. Cuando un protooncogene muta y se convierte en un oncogene, la red bioquímica a la cual está asociado se ve modificada y muchas veces la modificación resulta en la alteración de las funciones celulares, dando lugar al cáncer. Una de las estrategias en boga en la investigación del cáncer se centra en la comprensión de las redes mutadas, para el desarrollo de medicamentos diseñados para restablecer las funciones afectadas. Esta clase de drogas modifican las rutas que sigue la información bioquímica en las redes afectadas, minimizando los efectos nocivos debidos a los oncogenes.

En el Departamento de Biología de Sistemas de la Escuela de Medicina de la Universidad de Harvard se evalúan drogas que inhiben la actividad de ciertos oncogenes. La evaluación pasa por el desarrollo de modelos matemáticos que describen el conocimiento acumulado en torno al funcionamiento de las redes bioquímicas celulares asociadas. El modelado matemático permite comprender aspectos del funcionamiento de las redes que no son fáciles de ver únicamente a través del análisis de la información experimental. Los modelos son simulados en computadoras y del análisis de los resultados de las simulaciones se extraen conclusiones que llevan a nuevos experimentos.

En un proyecto en el cual colabora el Departamento de Control Automático del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, se desarrolla un modelo matemático basado en la teoría de las ecuaciones diferenciales no lineales que describe en parte el funcionamiento de la red bioquímica en la que actúa una proteína denominada AKT, ligada a ciertas clases de cáncer y cuya inhibición por medio de la droga ZSTK se contempla como una terapia posible.

En experimentos realizados en el Laboratorio Silver del Departamento de Biología de Sistemas de la Escuela de Medicina de la Universidad de Harvard se observó que células enfermas cultivadas en laboratorio y tratadas con la droga, recuerdan haberlo sido, presentando posteriormente resistencia al tratamiento. Este fenómeno tiene implicaciones terapéuticas importantes. El modelo matemático proveyó una explicación biológicamente plausible del fenómeno observado en términos de la estructura de la red y predijo adecuadamente las consecuencias de una terapia combinada, en la cual una segunda droga actúa junto con ZSTK para generar en las células una respuesta terapéutica más adecuada. En la actualidad se trabaja en el perfeccionamiento del modelo matemático en un proyecto en el cual también colaboran investigadores del Instituto Tecnológico de Massachussets.

* Investigador del Cinvestav y del Departamento de Biología de Sistemas de la Escuela de Medicina de la Universidad de Harvard.