Estas células, obtenidas a partir de muestras de tumores de pacientes y disponibles para investigadores de todo el mundo, ayudarán al desarrollo de nuevos tratamientos contra el cáncer.
Para desarrollar nuevos tratamientos dirigidos contra el cáncer, los científicos necesitan modelos de tejido que representen con precisión las características genéticas y moleculares del cáncer que estudian. Un equipo internacional liderado por investigadores del Instituto Koch del MIT, el Instituto Broad, el Instituto Oncológico Dana-Farber, el Instituto Nacional del Cáncer y numerosas otras instituciones colaboradoras ha desarrollado cerca de 700 nuevos modelos de cáncer, derivados de tumores de pacientes, con la esperanza de que ayuden en el desarrollo de fármacos.
Estas células, que representan 25 tipos diferentes de cáncer, ya están disponibles para que las utilicen investigadores oncológicos de todo el mundo. El proyecto se describe en un nuevo artículo publicado hoy en Nature , con la colaboración de más de dos docenas de instituciones.
Estos modelos son el resultado de una iniciativa de 10 años, financiada por el Instituto Nacional del Cáncer, para ampliar el número de modelos de tejido derivados de pacientes disponibles. Para la mayoría de estos modelos, los investigadores convirtieron células tumorales en organoides: cultivos celulares tridimensionales que pueden sobrevivir indefinidamente e imitar las características genéticas y moleculares de los tumores de los que proceden originalmente.
Este tipo de modelo podría ayudar a los investigadores a identificar nuevas dianas farmacológicas y a probar posibles nuevos tratamientos para muchos más tipos de cáncer.
“Desde la secuenciación del genoma humano y el análisis de los genomas cancerosos en los últimos 20 años, hemos tenido muchas ideas sobre posibles dianas terapéuticas contra el cáncer, pero necesitamos sistemas experimentales en el laboratorio para validar esas dianas y poner en marcha proyectos de descubrimiento de fármacos”, afirma Jesse Boehm, investigador científico del Instituto Koch y uno de los autores principales del estudio.
De tumores a organoides
La Iniciativa de Modelos de Cáncer Humano se puso en marcha en 2016, tras la finalización del Atlas del Genoma del Cáncer, un proyecto destinado a catalogar las alteraciones genómicas responsables del crecimiento del cáncer.
Para el proyecto del atlas, los investigadores secuenciaron muestras de células cancerosas de miles de pacientes. Este trabajo reveló que la diversidad de perfiles genéticos tumorales no se reflejaba completamente en las aproximadamente 1000 líneas celulares cancerosas derivadas de pacientes que existían en ese momento.
“Nos dimos cuenta de que mil no eran suficientes, que la comunidad internacional necesitaba invertir en muchos miles más para representar todos los tipos de cáncer, todos los genotipos y todas las etnias”, dice Boehm. “La mayoría de los modelos existentes provienen de pacientes europeos y del sudeste asiático, y faltan muchos tipos de cáncer raros”.
Con financiación del Instituto Nacional del Cáncer y del Wellcome Trust del Reino Unido, cientos de científicos de decenas de instituciones participaron en la obtención de muestras de pacientes y su posterior desarrollo en líneas celulares que pudieran utilizarse para la investigación.
“Ha sido una iniciativa enorme, y este artículo de Nature es la culminación de esos 10 años de actividad”, dice Boehm.
Se obtuvieron más de 2700 muestras de tumores de hospitales participantes en el estudio, de pacientes que autorizaron el uso de sus células para la investigación. Estas muestras fueron recolectadas por hospitales de Estados Unidos, Reino Unido y Países Bajos.
«Un recurso de esta magnitud depende del tipo de esfuerzo sistemático que a menudo se realiza entre bastidores», afirma Mushriq Al-Jazrawe, director científico de la plataforma High Throughput Sciences (HTS) del Instituto Koch y uno de los autores principales del estudio. «Agradezco especialmente a los equipos técnicos y científicos de los institutos participantes, cuyo trabajo minucioso y experto transforma las muestras de tumores de pacientes en modelos y datos bien caracterizados que los investigadores de todo el mundo pueden utilizar con confianza».
La mayoría de estas muestras procedían de cánceres comunes como el de pulmón, hígado y páncreas, pero también incluían unos 150 tipos raros, entre ellos tumores de la vesícula biliar y del intestino delgado.
Para convertir estas muestras en células capaces de sobrevivir indefinidamente en el laboratorio, los investigadores desarrollaron técnicas para cultivarlas en medios de cultivo especializados con un soporte que les permite desarrollar una estructura tridimensional. En total, lograron convertir con éxito aproximadamente un tercio de las muestras de pacientes recibidas.
La mayoría de estos nuevos modelos consisten en organoides, que en algunos casos imitan con mayor precisión la estructura del tejido del que proceden las células. Las líneas celulares cancerosas tradicionales, desarrolladas a partir de la década de 1950, existen como monocapas de células cultivadas en una placa de laboratorio, mientras que los organoides consisten en esferas tridimensionales de células incrustadas en una estructura gelatinosa.
Una vez establecidos los organoides y las líneas celulares, lo que puede tardar hasta un año, los investigadores los analizaron para asegurarse de que sus secuencias genómicas, la expresión de ARN y las modificaciones epigenómicas coincidieran estrechamente con las de las células tumorales de las que se derivaron.
Vulnerabilidades al cáncer
Todos los modelos desarrollados como parte del HCMI se depositaron en la American Type Culture Collection (ATCC), una distribuidora de líneas celulares sin fines de lucro. Cada modelo también cuenta con datos exhaustivos del paciente cuyas células se utilizaron para iniciar la línea celular, incluyendo mutaciones heredadas de sus padres (mutaciones de la línea germinal) e información sobre los tratamientos oncológicos que recibió.
Mediante estos modelos, los científicos deberían poder realizar análisis a una escala mucho mayor que podrían ayudar en los esfuerzos de desarrollo de fármacos.
En otro artículo publicado hoy en Nature , investigadores del Broad Institute informaron que lograron caracterizar más de 300 de los nuevos modelos mediante secuenciación genómica de alto rendimiento, secuenciación de ARN y más de 100 mediante pruebas de pérdida de función CRISPR. Esto les permitió identificar vulnerabilidades en cada modelo que podrían ser atacadas con nuevos fármacos.
Estos hallazgos se han añadido a un recurso conocido como Mapa de Dependencia del Cáncer (DepMap), que ahora incluye información sobre más de 2.000 tipos de cáncer.
En otro artículo complementario publicado en Nature , investigadores del Instituto Sanger lideraron un esfuerzo para caracterizar otros 256 organoides desarrollados a través del proyecto HCMI.
Además, aunque la mayoría de los aspectos del proyecto formal HCMI están llegando a su fin, los investigadores esperan seguir desarrollando modelos derivados de muestras adicionales de tumores de pacientes, incluidos más cánceres pediátricos y cánceres raros.
“Actualmente contamos con unos 2000 donantes, pero si realmente queremos incluir a todas las personas con cáncer en nuestra investigación preclínica, se necesita más trabajo. Debemos invitar a los pacientes a donar tejido para crear herramientas de investigación que puedan ser utilizadas por todo el mundo”, afirma Boehm. “Espero que este no sea el final, sino el comienzo”.
“Una gran oportunidad ahora es aprovechar las lecciones aprendidas del HCMI para obtener el mayor conocimiento posible de estas valiosas donaciones de tejido”, afirma Al-Jazrawe, quien también es investigador del Programa de Cáncer del Instituto Broad. “Aquí en HTS, continuamos el trabajo desarrollando métodos para estudiar muestras y modelos derivados de pacientes de forma reproducible y a gran escala, y proporcionando una plataforma para una estrecha colaboración con equipos clínicos y de investigación”.
Otros autores principales del artículo del HCMI son Mathew Garnett del Wellcome Sanger Institute, David Tuveson del Cold Spring Harbor Laboratory, Andrea Califano del Vagelos College of Physicians and Surgeons de la Universidad de Columbia, Paul Spellman de la Universidad de California en Los Ángeles, Keith Ligon del Dana-Farber Cancer Institute, Daniela Gerhard del NCI Center for Cancer Genomics y Louis Staudt del NCI Center for Cancer Research.
Además de Al-Jazrawe, los autores principales del artículo son Dina El-Harouni del Broad Institute y Dana Farber, Seongmin Choi del Memorial Sloan Kettering Cancer Center, Merve Dede del MD Anderson Cancer Center de la Universidad de Texas, Toshinori Hinoue del Van Andel Institute, Sean Misek del Broad Institute y Dana-Farber, Heeju Hoh del Institute of Systems Biology y del Vagelos College of Physicians and Surgeons de la Universidad de Columbia, y Luca Zanella del Vagelos College of Physicians and Surgeons de la Universidad de Columbia.
La investigación fue financiada principalmente por el Instituto Nacional del Cáncer y el Wellcome Trust.
Crédito de la imagen de portada: NIH, iStock, MIT News
Fuente: Anne Trafton/ Massachusetts Institute of Technology / news.mit.edu
