Siguiendo la pista al Sistema Inmune ¿Capaz de predecir la gravedad de las enfermedades?

Búsqueda de marcadores biológicos en sangre para mejorar el pronóstico y el tratamiento de pacientes con cáncer de hígado, cáncer de vejiga y pancreatitis aguda

Hoy me han preguntado: “Carol, ¿por qué te dedicas a la investigación?”, y he de decir que es una muy buena pregunta. A menudo los científicos somos bombardeados con este tipo de planteamientos, casi siempre vinculados a la estabilidad laboral –o desestabilidad, mejor dicho – de la carrera investigadora. ¿Por qué alguien en su sano juicio se propondría investigar cuando existen más incertidumbres que certezas? Se podría entrar a debatir la cordura de los científicos, pero en realidad he respondido lo que es sin duda para muchos, si no para todos, una motivación para dedicarse a este trabajo: la investigación es necesaria. Es como si preguntas a un profesor por qué se queja de los alumnos, pero sigue dando clase.

Me presento pues: mi nombre es Carolina y, gracias a la Asociación Española Contra el Cáncer de Valladolid, que financia mi investigación, el año pasado empecé mi tesis doctoral sobre biomedicina en el IBGM, concretamente en el campo de la inmunología, y más específicamente en la búsqueda de biomarcadores en células inmunes bajo la dirección de David Bernardo Ordiz. A continuación, voy a contar un poco en qué consiste mi trabajo en el laboratorio, sobre qué investigo, y con qué metodología.

 

Mi objetivo: Biomarcadores para clasificar pacientes y optimizar medicina personalizada

¿No sería interesante saber con un análisis de sangre al momento del diagnóstico quién se podría beneficiar mejor de uno u otro tratamiento? ¿Y si además pudiéramos saber quién va a presentar peor evolución para poder incidir mejor en sus cuidados? Bajo estas premisas se sustenta el principal objetivo de mi investigación, y por ello, buscando siempre la mejora del bienestar de los pacientes, nos hemos lanzado a un estudio del sistema inmune de los pacientes empleando únicamente muestras sangre. ¿Qué esperamos encontrar? Biomarcadores en células del sistema inmune presentes en el torrente sanguíneo que sean útiles y aplicables en la práctica clínica para implementar mejores tratamientos, una medicina personalizada y una optimización de tiempo y recursos. Es decir, busco ser capaz de identificar diferencias en las células del sistema inmune de los pacientes en función de la medicación o terapia o también atendiendo al estadio de la enfermedad en el que se encuentren.

Quizá te suene sencillo o quizá no, pero te aseguro que es un objetivo muy interesante de alcanzar. Además, cabe destacar que buscamos emplear metodología no invasiva para este tipo de determinaciones, es decir, que se realice a partir de una extracción de sangre y no con técnicas como pudieran ser biopsias o resecciones de tejido, con los inconvenientes que ello conlleva.

Como podéis observar, es un objetivo con una diana muy general, puesto que no se restringe ni a una enfermedad ni a un tipo celular concreto, sino que son muchas las enfermedades que podrían beneficiarse de este tipo de investigación. Por ejemplo en el laboratorio en el que trabajo se ha llevado a cabo este tipo de abordaje experimental en pacientes con COVID-19. Vamos, sin embargo, a hablar sobre lo que me centro en mis experimentos.

 

¿Sobre qué enfermedades estudio?

 

Diferentes tipos de cáncer despiertan gran interés en mí, unos por su origen no definido, y otros por su tan variopinto desarrollo y progresión. Entre ellos destaco el cáncer de hígado como un tipo de cáncer de alta incidencia y mortalidad en el que los pacientes no tienen un pronóstico muy favorecedor, sobre todo por la demora en la aparición de síntomas, que ya se revelan en estadios avanzados. Otro tipo de cáncer en el que me focalizo en mi investigación es en el cáncer de vejiga avanzado, ya que no existen muchas opciones de tratamientos y no son efectivas para cualquier enfermo. Por último, también he querido atender una patología no tumoral que es la pancreatitis, en su diferenciación entre enfermos agudos o graves y enfermos leves.

Hepatocarcinoma

El cáncer de Hígado es el sexto cáncer más común en el mundo, y en concreto el hepatocarcinoma es la variante que presenta mayor frecuencia, apareciendo en un 90% de los casos de cáncer de Hígado (1). Las personas más propensas a padecer esta enfermedad son principalmente pacientes afectos de cirrosis hepática y de hepatitis B, aunque el tabaco y la obesidad son también factores de riesgo.

Para discernir la gravedad de la enfermedad se utiliza el índice Barcelona Clinic for Liver Center (BCLC), estadios de menor a mayor gravedad 0, A, B, C y D, y también Model for End-state Liver Disease (MELD), que permite priorizar pacientes con necesidad de trasplante hepático(2). Sin embargo, el hepatocarcinoma destaca por la heterogeneidad a nivel molecular entre pacientes que comparten estadio u otras características, es decir: si en cada paciente encontramos unas alteraciones distintas, se complica el establecer pautas de tratamiento generalizables.

Existe un amplio abanico de posibles tratamientos que dependen principalmente de la etapa en la que se encuentre la enfermedad (3), pero los pacientes no siempre consiguen y por ello se hace necesario buscar nuevas dianas terapéuticas (4). En los últimos años los tratamientos que han mostrado mejores resultados son aquellos basados en inhibición de linfocitos a través de PD-1/PD-L1.

Infografía sobre los estadios y posibles tratamientos en la enfermedad del hepatocarcinoma, adaptada de (5).

Cáncer de vejiga avanzado

El cáncer urotelial presenta una menor incidencia y mortalidad que el cáncer de hígado; por ejemplo, en España la incidencia alcanza los 100.000 habitantes/año (principalmente hombres mayores de 50 años, solo 5 casos de mujeres), siendo la exposición al tabaco el principal factor de riesgo (6). En torno al 75% de los pacientes únicamente tienen afectada la zona superficial de la uretra, lo que implica una alta probabilidad de cura. Sin embargo, el 25-30% restante son pacientes cuya enfermedad se manifiesta directamente con invasión muscular, o bien progresa rápidamente, lo que implica peor pronóstico y menor disponibilidad de tratamiento (7).

En enfermedad avanzada, la primera opción de tratamiento sistémico es la quimioterapia basada en platino, que tiene una buena respuesta inicial a pesar de que eventualmente la mediana de supervivencia no llega a los 15 meses y los supervivientes a 5 años son del 15%(8). El uso del mismo tipo de inhibidores PD-1/PD-L1 que mencionaba en el hepatocarcinoma también ha demostrado una mejor respuesta en esta patología, con tasas del 20-30%(9), con respuesta prolongada en el tiempo.

Nuestro principal interés en estos pacientes es la toma de muestras antes y después de recibir tratamientos de inmunoterapia puesto que nos va a permitir comparar cómo reacciona el sistema inmune y el vínculo que tiene esto con la evolución del paciente.

Infografía sobre los estadios en la enfermedad del cáncer de Vejiga (10)

Pancreatitis aguda

Esta patología, dentro de las propias del aparato digestivo, es una de las que más precisa ingreso hospitalario (10). En España la incidencia reportada es alrededor de 75 pacientes por cada 100.000 habitantes al año (11).

Se puede distinguir entre estadios leves, que comportan un 80% de los casos, y un 20% restante que agrupan distintos grados entre moderado y grave o agudo, entre los cuales destaca una tasa de fallecimiento del 50% durante el ingreso (12,13).

En esta patología el diagnóstico está bien definido atendiendo a parámetros médicos concretos, sin embargo, la evolución, especialmente en aquellos con pancreatitis aguda, es muy heterogénea y difícil predecir cómo va a evolucionar el paciente. Surge aquí, pues, la necesidad de encontrar biomarcadores que pronostiquen de manera eficiente y precoz el desarrollo de la enfermedad más grave para abordar esa medicina más individualizada.

Pero… ¿cuál es la realidad en el laboratorio?

 

Como dicen en mi casa, “todo eso está muy bien, pero, hija, ¿qué haces en tu día a día en el laboratorio? ¿Te pones la bata? ¿Ves las células en el microscopio?”. A menudo no nos damos cuenta como científicos de cuantas cosas damos por sentadas porque estamos muy metidos en nuestro mundo, pero es por cosas como estas por las que la divulgación es tan importante. Sí, uso bata, y sí, veo células en el microscopio, pero también hago alguna cosa más.

Cuando un paciente entra en el estudio, se le extrae sangre que llega al laboratorio y es procesada con un gradiente Ficoll de densidad. Este procesamiento consiste en centrifugar la sangre depositada sobre el reactivo Ficoll para separar en cuatro fases diferentes la sangre. Las células que nos interesan (Células Mononucleares de Sangre periférica,CMSP en castellano o Peripheral blood mononuclear cells,PBMC en inglés) se quedan formando una nube en la interfase y, con cuidado, debemos extraerlas para posteriormente criopreservarlas en nitrógeno líquido a -172 grados. El análisis se realiza utilizando marcadores de fluorescencia que permiten “etiquetar”, y consecuentemente determinar, poblaciones de células específicas de cada subgrupo de pacientes en cada una de las tres enfermedades estudiadas. Estos marcadores de fluorescencia son anticuerpos que se unen a fragmentos celulares específicos, con lo cual nos permiten saber si, por ejemplo, unos pacientes cuentan con un tipo de células y otros no, o, en caso de que ambos lo presenten, comprobar si la intensidad de expresión es la misma.

La intensidad de fluorescencia la medimos a partir de una técnica que se conoce como citometría de Flujo:

¿Qué es la citometría de flujo? ¿Y la citometría espectral?

En los últimos años es de especial relevancia la optimización de recursos de manera que se pueda obtener la máxima información posible con cada técnica que se emplea. En este aspecto, la técnica que aplicamos en el laboratorio, la citometría de flujo, nos permite evaluar el inmunoma o huella inmunológica, es decir el sistema inmune al completo de nuestros pacientes. Es una técnica de más de 50 años (14) de trayectoria y que a día de hoy sigue en auge e incorporando novedades frecuentemente; así, lo que hace diez años se realizaba con citometría convencional, limitada a medir 10 parámetros por célula, hoy en día se puede analizar con citometría espectral, que amplía el abanico de parámetros hasta más de 40 (15) por célula, lo cual facilita un perfil celular mucho más exhaustivo. La diferencia principal entre ambas técnicas reside en la franja de luz emitida que el citómetro es capaz de detectar y procesar.

Hasta aquí, todo lo que os he contado es lo de “menos”, el grueso del trabajo viene con la parte computacional y de bioinformática. Este abordaje puede durar meses o incluso años, y siempre es susceptible de ser visto desde otra perspectiva que nos permita reanalizar nuestros datos. Realizamos análisis supervisados, y por tanto subjetivos al investigador, pero también no supervisado gracias a la inteligencia artificial, cuyos resultados son más objetivos y reproducibles. De ellos se pueden destacar algoritmos de “clustering” o agrupamiento, que congregan los datos de los pacientes atendiendo a características no visibles en un análisis no supervisado.

Mi compañero Alejandro realiza una tesis similar a la que os he explicado en esta breve reseña, y en su artículo podéis encontrar con más detalle el panel que utilizamos para teñir y algún que otro ejemplo de resultados obtenidos.

En resumen, ¿no sería fantástico que existan esos biomarcadores o predictores de enfermedad para poder mejorar nuestra calidad de vida?

¿Quieres saber más acerca de la diferencia entre citometría espectral y convencional? Puedes contactar con nosotros en nuestras RRSS o por correo electrónico (carolina.gonzalez@uva.es).

Para finalizar os dejo la letra de una canción llamada ‘Mountain’ de Abigail Lapell que me gusta escuchar como reflejo del camino de la Investigación,

“Walking up the mountain to see the other side

Walking up the mountain just to say that I have tried

One foot in front of the other, take it in stride.

 

Thunder and lightning, the sky is turning red

I see Thunder and lightning on the mountain up ahead

Walking around with a storm cloud above my head.

 

Walking up the mountain to see what I could see

Walking up the mountain just to feel free

Sometimes it feels like the mountain is walking on me.”

Muchas gracias por leerme y ¡nos leemos en otra entrada que publique!

  1. Yoshida Y, Yoshio S, Yamazoe T, Mori T, Tsustui Y, Kawai H, et al. Phenotypic Characterization by Single-Cell Mass Cytometry of Human Intrahepatic and Peripheral NK Cells in Patients with Hepatocellular Carcinoma. Cells. 2021 Jun 1;10(6).
  2. Colmenero J, Castro-Narro G, Navasa M. Utilidad del MELD (Model for End-stage Liver Disease) para asignar prioridades en el trasplante hepático. Gastroenterología y Hepatología. 2010 Apr 1;33(4):330–6.
  3. Chen Z, Xie H, Hu M, Huang T, Hu Y, Sang N, et al. Recent progress in treatment of hepatocellular carcinoma. American journal of cancer research. 2020;10(9):2993–3036.
  4. Yoshida Y, Yoshio S, Yamazoe T, Mori T, Tsustui Y, Kawai H, et al. Phenotypic Characterization by Single-Cell Mass Cytometry of Human Intrahepatic and Peripheral NK Cells in Patients with Hepatocellular Carcinoma. Cells. 2021 Jun 14;10(6):1495.
  5. Bruix J, Reig M, Sherman M. Evidence-Based Diagnosis, Staging, and Treatment of Patients With Hepatocellular Carcinoma. Gastroenterology [Internet]. 2016 Apr [cited 2022 Sep 16];150(4):835–53. Available from: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S001650851600007X
  6. Burger M, Catto JWF, Dalbagni G, Grossman HB, Herr H, Karakiewicz P, et al. Epidemiology and Risk Factors of Urothelial Bladder Cancer. European Urology. 2013 Feb;63(2):234–41.
  7. Dobruch J, Oszczudłowski M. Bladder Cancer: Current Challenges and Future Directions. Medicina (Kaunas, Lithuania). 2021 Jul 24;57(8):749.
  8. von der Maase H, Hansen SW, Roberts JT, Dogliotti L, Oliver T, Moore MJ, et al. Gemcitabine and cisplatin versus methotrexate, vinblastine, doxorubicin, and cisplatin in advanced or metastatic bladder cancer: results of a large, randomized, multinational, multicenter, phase III study. Journal of clinical oncology : official journal of the American Society of Clinical Oncology. 2000 Sep 17;18(17):3068–77.
  9. Powles T, Bellmunt J, Comperat E, De Santis M, Huddart R, Loriot Y, et al. Bladder cancer: ESMO Clinical Practice Guideline for diagnosis, treatment and follow-up. Annals of oncology : official journal of the European Society for Medical Oncology. 2022 Mar;33(3):244–58.
  10. Berdik C. Unlocking bladder cancer. Nature. 2017 Nov 9;551(7679):S34–5.
  11. Méndez-Bailón M, de Miguel Yanes JM, Jiménez-García R, Hernández-Barrera V, Pérez-Farinós N, López-de-Andrés A. National trends in incidence and outcomes of acute pancreatitis among type 2 diabetics and non-diabetics in Spain (2001–2011). Pancreatology. 2015 Jan;15(1):64–70.
  12. Garg SK, Sarvepalli S, Campbell JP, Obaitan I, Singh D, Bazerbachi F, et al. Incidence, Admission Rates, and Predictors, and Economic Burden of Adult Emergency Visits for Acute Pancreatitis. Journal of Clinical Gastroenterology. 2019 Mar;53(3):220–5.
  13. Forsmark CE, Swaroop Vege S, Wilcox CM. Acute Pancreatitis. Campion EW, editor. New England Journal of Medicine. 2016 Nov 17;375(20):1972–81.
  14. Robinson JP. Flow cytometry: past and future. BioTechniques. 2022 Apr;72(4):159–69.
  15. Park LM, Lannigan J, Jaimes MC. OMIP-069: Forty-Color Full Spectrum Flow Cytometry Panel for Deep Immunophenotyping of Major Cell Subsets in Human Peripheral Blood. Cytometry Part A : the journal of the International Society for Analytical Cytology. 2020 Oct 31;97(10):1044–51.
Premio Nobel de Química 2023
3 Mitos de la célula: cuestionando la Metáfora Mecánica

About the Author: Carolina González

Carolina G de Castro nació en 1998 en Valladolid. Graduada en Química (UVa) en 2020, realizó el Máster de Investigación Biomédica y posteriormente el Máster en Profesorado de Secundaria, ambos en la UVa. Sus trabajos finales han ido desde análisis químico computacional de fármacos y moléculas del medio interestelar, hasta el análisis del estudio y comprensión de la termodinámica en alumnos de bachillerato, pasando por el estudio de la enfermedad inflamatoria intestinal. Desde septiembre de 2022 y hasta la actualidad realiza su tesis doctoral sobre el estudio del sistema inmune y la citometría espectral en el Laboratorio de Inmunología de las Mucosas (IBGM,Valladolid) a través de la AECC. Con experiencia como docente, desde siempre ha estado interesada en formar e informar, y su formación ha contribuido a utilizar la divulgación como arma para dar mayor accesibilidad al público general acerca de conocimiento científico.

¡Compartir artículo!

Leave A Comment

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios.