Simulan con un modelo matemático la evolución de las células implicadas en una terapia contra la 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), junto con 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 respuesta a un tratamiento de inmunoterapia en el que células del sistema inmune del paciente tienen la función de atacar a células tumorales.

Los científicos han venido desarrollando parte de sus trabajos en la mejora de los tratamientos contra la leucemia infantil. Foto: UCA.

Los investigadores han definido un modelo matemático que funciona como un paciente virtual, recreando, con base en datos médicos de enfermos del Hospital Universitario Infantil Niño 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 progresar rápidamente si no se trata a tiempo. Para atacarla, la inmunoterapia, es decir, 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 e inyectadas al paciente, como freno al desarrollo de la enfermedad, en este caso, la proliferación de tumores en la sangre o 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, según han expuesto estos científicos en el artículo titulado ‘CAR T cells for T-cell leukemias: Insights from mathematical models’ publicado en la revista Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation.

Investigadores del grupo de investigación que ha articulado el nuevo modelo matemático. Foto: UCA.

El modelo permitirá a los sanitarios, una vez lo validen, realizar distintas estrategias y simulaciones virtuales para reproducir y predecir 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 en concreto en la inmunoterapia basada en las células CAR-T, siglas 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 directamente a gérmenes bien reforzar el potencial inmune de otras. En estos tratamientos, se los extrae del paciente para ser manipulados genéticamente en el laboratorio, donde se les añade un anticuerpo con el que, convertidos ya en CAR-T e 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 denominados B, glóbulos blancos que cumplen su función protectora mediante anticuerpos. Sin embargo, presentan problemas en las de tipo T, al atacar también a células sanas o 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 niños en Madrid, reproducir, y simular lo que ocurre a través de 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.

La investigadora María Rosa, de la Universidad de Cádiz. Foto: UCA.

El modelo ha reproducido las dificultades 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 atacar 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 permitido, en este contexto, certificar que estas células pueden controlar la proliferación de tumores pero no erradicar la enfermedad.

En este sentido, las células CAR-T, preparadas para atacar a los linfocitos leucémicos, a veces también se destruyen a ellas mismas. Es el proceso conocido como fraticidio, que también se recoge como una hipótesis para ayudar 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.

Aunque el tratamiento no cure la enfermedad, el modelo permite 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 colaborado con este equipo investigador.

Mientras tanto, los científicos seguirán estudiando en diferentes vías, como la recopilación de datos para incorporar 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 investigadora de la UCA.

El presente estudio se ha enmarcado dentro de sendos proyectos del Ministerio de Ciencia e Innovación, ITI Cádiz 2019-Proyectos de Investigación en Salud, de la Asociación Pablo Ugarte y de la Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha.

Referencias

Pérez-García V.M.; León-Triana O.; Rosa M.; Pérez-Martínez A. (2020). ‘CAR T cells for T-cell leukemias: Insights from mathematical models’. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation (2021) 105684.

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