Geólogos y biólogos han unido esfuerzos para descubrir las huellas del cáncer en los átomos
Científicos de la Universidad de Colorado en Boulder y de la Universidad de Princeton han empleado por primera vez una herramienta utilizada a menudo en geología para detectar las huellas atómicas del cáncer.
En un caso de encuentro entre la medicina y las ciencias de la Tierra, los investigadores descubrieron que las células cancerosas pueden estar formadas por una variedad de átomos de hidrógeno distinta de la del tejido sano. El hallazgo podría proporcionar a los médicos nuevas estrategias para estudiar cómo crece y se propaga el cáncer, e incluso, algún día, podría conducir a nuevas formas de detectar el cáncer en una fase temprana del organismo.
El equipo, dirigido por la geoquímica Ashley Maloney, publica sus resultados en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Este estudio añade una capa completamente nueva a la medicina, dándonos la oportunidad de observar el cáncer a nivel atómico», afirmó Maloney, investigadora asociada del Departamento de Ciencias Geológicas.
Explicó que en la naturaleza, el hidrógeno se presenta en dos sabores principales, o isótopos. Algunos átomos de hidrógeno, llamados deuterio, son un poco más pesados, mientras que otros, conocidos simplemente como hidrógeno, son un poco más ligeros. En la Tierra, los átomos de hidrógeno superan a los de deuterio en una proporción de 6.420 a uno.
Durante décadas, científicos de diversos campos han recurrido a la distribución natural de estos átomos para obtener pistas sobre la historia de nuestro planeta. Los climatólogos, por ejemplo, examinan los átomos de hidrógeno atrapados en el hielo de la Antártida para deducir lo caliente o fría que estaba la Tierra hace cientos de miles de años.
En el nuevo estudio, Maloney y sus colegas se preguntaron: ¿Podrían esos mismos átomos diminutos dar pistas sobre la vida de organismos biológicos complejos?
Para averiguarlo, el equipo cultivó levaduras y células de hígado de ratón en el laboratorio y analizó sus átomos de hidrógeno. El equipo descubrió que las células que crecen muy rápido, como las cancerosas, contienen una proporción muy diferente de átomos de hidrógeno que de deuterio. Es como si el cáncer dejara una huella dactilar en el pomo de la puerta de una escena del crimen.
La investigación se encuentra aún en sus primeras fases y el equipo no está seguro de cómo podría aparecer esta señal, o no, en los cuerpos de pacientes reales con cáncer. Pero el potencial podría ser grande, afirma Sebastian Kopf, coautor del estudio y profesor adjunto de Ciencias Geológicas.
«Las posibilidades de sobrevivir son mucho mayores si se detecta el cáncer en una fase temprana», afirma Kopf. «Si esta señal isotópica es lo suficientemente fuerte como para poder detectarla a través de algo como un análisis de sangre, eso podría darte una pista importante de que algo no va bien».
El metabolismo del cáncer
El estudio se centra en un concepto que lleva años intrigando a los investigadores del cáncer: el metabolismo.
En condiciones normales, las células de organismos como las levaduras y los animales generan energía mediante un proceso llamado respiración, en el que toman oxígeno y liberan dióxido de carbono. Pero esa no es la única forma de conseguir un subidón de azúcar. Las colonias de levadura de panadería (Saccharomyces cerevisiae), por ejemplo, pueden producir energía mediante la fermentación, en la que los organismos descomponen los azúcares sin ayuda de oxígeno y producen alcohol. Es el mismo proceso que da lugar a la cerveza.
«En los seres humanos, si un deportista supera su límite aeróbico, sus músculos también empiezan a fermentar, sin utilizar oxígeno», explica Kopf. «Eso te da un rápido impulso de energía».
Resulta que muchas células cancerosas también impulsan su crecimiento mediante una estrategia similar de enriquecimiento rápido.
Los científicos llevan mucho tiempo buscando más formas de rastrear estos cambios metabólicos en las células cancerosas. Maloney, que dirigió el nuevo estudio como becaria postdoctoral Harry Hess en Princeton, y su asesor Xinning Zhang desarrollaron una idea: rastrear el hidrógeno.
Dentro de la célula
En la actualidad, Maloney dirige el Laboratorio de Isótopos Estables de los Sistemas Terrestres de la Universidad de California en Boulder, uno de los más de 20 laboratorios centrales del campus. Como estudiante de posgrado, estudió los átomos de hidrógeno en las algas de las islas tropicales. Su trabajo actual se inspiró en una fuente insólita: su padre, dermatólogo.
«Él extrae células de cáncer de piel de la gente todo el tiempo», explica Maloney. «Me preguntaba cómo el metabolismo de esas células podría ser diferente del de las células que crecen a su lado».
Para entender esa pregunta, ayuda saber cómo acaba el hidrógeno en las células en primer lugar. En algunos casos, esos átomos proceden de una enzima difícil de pronunciar, pero de importancia crítica, conocida como nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADPH). Entre sus muchas funciones en las células, el NADPH recoge átomos de hidrógeno y los transfiere a otras moléculas en el proceso de fabricación de ácidos grasos, un importante componente básico para la vida.
Sin embargo, el NADPH no siempre se abastece de la misma reserva de hidrógeno. Investigaciones anteriores dirigidas por Zhang y centradas en bacterias sugirieron que, dependiendo de lo que estén haciendo otras enzimas en una célula, el NADPH puede utilizar a veces diferentes isótopos de hidrógeno con mayor o menor frecuencia.
Lo que planteó la pregunta: Si el cáncer modifica el metabolismo de una célula, ¿podría alterar también la forma en que el NADPH obtiene su hidrógeno, alterando en última instancia la composición atómica de una célula?
Una ventana al cáncer
Para empezar a averiguarlo, los investigadores instalaron frascos llenos de florecientes colonias de levadura en los laboratorios de Princeton y CU Boulder. Por otra parte, biólogos de Princeton realizaron un experimento con colonias de células hepáticas de ratón sanas y cancerosas. A continuación, los investigadores extrajeron los ácidos grasos de las células y utilizaron una máquina llamada espectrómetro de masas para identificar la proporción de átomos de hidrógeno en su interior.
«Cuando empezamos el estudio, pensé: ‘Ooh, tenemos la oportunidad de ver algo guay», dijo Maloney. «Acabó creando una señal enorme, algo que no esperaba».
Las células de levadura fermentante, las que se asemejan al cáncer, contenían aproximadamente un 50 por ciento menos de átomos de deuterio de media que las células de levadura normales, un cambio sorprendente. Las células cancerosas mostraban una escasez de deuterio similar, pero no tan acusada.
Zhang, autor principal del estudio y profesor adjunto de Geociencias en Princeton, confía en que la investigación pueda ayudar algún día a familias de todo el mundo.
«El cáncer, y otras enfermedades, son por desgracia un gran tema en la vida de muchas personas. Ver los datos de Ashley fue un momento especial y profundo», dijo Zhang. «Significó que una herramienta utilizada para rastrear la salud planetaria también podría aplicarse para rastrear la salud y la enfermedad en las formas de vida, con suerte algún día en los seres humanos». Como crecí en una familia con problemas de cáncer, espero ver cómo se amplía este campo».
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