La matematica per limitare la crescita cellulare aggressiva

25 agosto 2017
La matematica per limitare la crescita cellulare aggressiva

I tumori possono essere considerati come sistemi dinamici complessi perché hanno molte parti interagenti che possono cambiare nel tempo e nello spazio.

I ricercatori del Dipartimento di Oncologia Matematica Integrata presso il Moffitt Cancer Center hanno quindi utilizzato metodi matematici per tenere conto delle molte variabili, nella ricerca, per identificare nuovi modi per capire e controllare cancro.

Lo studio

Il loro recente studio, che appare come articolo di copertina nel numero di maggio di Cancer Research http://cancerres.aacrjournals.org/, mostra che i modelli matematici possono essere utilizzati per prevedere come diverse popolazioni di cellule tumorali interagiscano tra loro e rispondano ad un ambiente mutevole. Hanno trovato il modo per  incentivare cambiamenti nell’ambiente e promuovere la crescita delle cellule meno aggressive per far diminuire la crescita tumorale.

Nei tumori ci sono due diverse popolazioni di cellule

Utilizzando una combinazione di studi sperimentali e matematici, i ricercatori di Moffitt hanno identificato due diverse popolazioni di cellule che coesistono in molti tipi di tumore: una di cellule aggressive che  tende ad invadere lo spazio circostante, migrare e a formare metastasi e l’altra non invasiva che è soggetta a rimanere in un unico luogo e contribuisce a produrre i vasi sanguigni.

Le cellule invasive e non

In uno studio sui topi, hanno dimostrato che nei tumori le cellule invasive sono più numerose e hanno un vantaggio di sopravvivenza rispetto alle cellule non invasive.

Ma la natura invasiva ha anche i suoi inconvenienti: una maggiore suscettibilità ai cambiamenti delle risorse e del loro ambiente. I ricercatori hanno utilizzato i modelli computerizzati per prevedere come piccoli cambiamenti del pH, all’interno del tumore, possano modificarne l’equilibrio, favorendo le cellule non invasive.

Gli studi per il cancro alla prostata

Gli studi per il cancro alla prostata, in vitro e sul topo, hanno confermato le previsioni del modello matematico. I ricercatori hanno aggiunto bicarbonato di sodio all’acqua potabile dei topi per cambiare il pH del loro ambiente tumorale. Hanno trovato che le cellule non invasive all’interno dei tumori hanno sviluppato un vantaggio di sopravvivenza sulle cellule tumorali invasive. Di conseguenza, i topi avevano tumori più piccoli che erano limitati alla prostata e meno tumori invasivi metastatici. Risultati simili sono stati osservati anche per lo studio del cancro al seno.

L’effetto farfalla

Una proprietà riconosciuta dei sistemi dinamici complessi è l’”effetto farfalla”, che sostiene che un battito di ali di una farfalla in Giappone possa causare un tornado in Texas cioè come piccole variazioni nelle condizioni iniziali possano provocare grandi variazioni nel comportamento a lungo termine di un sistema. I ricercatori di Moffitt hanno dimostrato che la tendenza di sistemi complessi ad ingrandire una piccola perturbazione (cioè il battito di ali di una farfalla) può essere effettivamente sfruttata così che  i tumori possano essere guidati in un modello di crescita meno invasivo con l’applicazione di una piccola forza biologica.

 

 

Fonti:

http://cancerres.aacrjournals.org/content/77/9/2242

https://moffitt.org/newsroom/press-release-archive/2017/moffitt-researchers-demonstrate-mathematical-modeling-can-identify-ways-to-limit-aggressive-tumor-cell-growth/