Dinâmica Espacial em Câncer

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

ESCOLA DE ARTES, CIÊNCIAS E HUMANIDADES

MESTRADO ACADÊMICO EM MODELAGEM DE SISTEMAS COMPLEXOS

SISTEMAS COMPLEXOS I

PROF. DR. FERNANDO FAGUNDES FERREIRA

WILLIAN WAGNER LAUTENSCHLÄGER

 

DINÂMICA ESPACIAL EM CÂNCER

São Paulo

2014

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WILLIAN WAGNER LAUTENSCHLÄGER

 

DINÂMICA ESPACIAL EM CÂNCER

Resenha crítica apresentada como requisito para obtenção de nota parcial da disciplina de Sistemas Complexos I, pelo Mestrado em Modelagem de Sistemas Complexos da Escola de Artes Ciências e Humanidades da Universidade de São Paulo, ministrada pelo Prof. Dr. Fernando Fagundes Ferreira.

São Paulo

2014

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DINÂMICA ESPACIAL EM CÂNCER

Solé, R., García, I. G., & Costa, J. (2006). Spatial dynamics in cancer. In T. S. Deisboeck & J. Y. Kresh (Eds.), Complex Systems Science in Biomedicine (Chap. 6.2, pp. 557-572). New York: Springer.

Esse texto faz uma análise e resumo do capítulo 6.2 – Spatial dynamics in cancer do livro Complex Systems Science in Biomedicine. Esse capítulo faz parte da seção III.6 do livro intitulada: Cancer: A Systems Approach, esta seção é composta por três artigos que, em sequência dão uma visão do estudo do câncer através de sistemas complexos, além deste temos: 6.1 – Modeling  cancer as a complex adaptive system:  genetic instability and evolution e 6.3 – Modeling tumors as complex biosystems:  an agent-based approach.

O artigo “Dinâmica espacial em câncer” procurou enfocar, de uma forma lógica, as questões que eram, na opinião dos autores, importantes no estudo do câncer na época do trabalho. Na introdução os autores fazem uma contextualização sobre o que é o câncer, a respeito do estágio em que as pesquisas da doença encontravam-se, descrevem o funcionamento normal no nível de tecidos e finalmente explicam como surge o câncer. A partir de conceitos introduzidos nesta última parte, como os processos microevolutivos da dinâmica de formação e progressão do tumor, que fazem com que surjam populações distintas no ambiente do tumor, os autores introduzem um novo assunto, o da dinâmica de populações.

Desenvolvem o assunto da dinâmica de populações fazendo paralelos com outras áreas de conhecimento, absorvendo conceitos da teoria padrão de competição ecológica e da ecologia espacial. Mencionam que a ecologia espacial tem trazido resultados bastante diferentes do que aqueles onde não existe um quadro espacialmente explícito. Partindo do fato novo de que quando as restrições impostas pelo espaço experimental tornam-se brandas, competidores que antes excluíam os outros, passam a coexistir, os autores começam a formalizar matematicamente  conceitos de crescimento populacional e concorrência em populações de células tumorais (modelo de Malthus, equação logística e sistema padrão de Lotka-Volterra).

Introduzindo o conceito da difusão de espécies concorrentes, os autores passam a descrever a transição dos modelos anteriormente definidos para os de competição com dinâmica espacial (Acrescentando um termo de difusão na equação de Lotka-Volterra). Explicam como foi desenvolvida uma simulação em um domínio espacial, apresentando o resultado em uma figura da distribuição espacial de uma das duas espécies concorrentes em um modelo de competição de duas espécies com difusão. Terminam essa parte do artigo explicando que estes modelos ajudam a explicar como o caráter local das interações impostas pela arquitetura do tecido constrangem as interações competitivas, resultando em coexistência em uma base global apesar de ocorrem exclusões locais. Fazendo uma analogia com outras comunidades que se desenvolvem através de competição, como é o caso das plantas, chegam ao conceito e ao estudo da dinâmica de metapopulações e a culminância dessa dinâmica com a heterogeneidade do câncer.

Descrevem, a partir daí, as questões de genética que levam os pesquisadores a concluir sobre a capacidade clonal dos tumores sem levar em conta que a presença de um alelo dominante não exclui a possibilidade de populações abrigarem diversidade de alelos em genes de câncer. Passam então a demonstrar como gerar modelos para explicar a heterogeneidade das células tumorais. Exploram o modelo de Levins e definem uma aplicação deste utilizando dois concorrentes que, de forma simplificada, estão organizados hierarquicamente. Um dos competidores mais propenso a colonizar manchas adjacentes disponíveis e o outro com menor possibilidade de morrer. Para mapear estas estratégias no modelo, eles utilizam células epiteliais e dois tipos de genes.  Conjuntamente com equações compatíveis com o modelo de Levins eles consideram um espaço tridimensional através de uma grade cúbica para a dinâmica espacial dos dois genes supracitados. Apresentam então, resultados da simulação utilizando parâmetros ideais em uma figura 3D onde se visualiza em três fases a distribuição das mutações desses genes. Concluem que o modelo fornece a possibilidade de se descrever de forma bastante acurada as regras atuantes durante a progressão do tumor e ainda dá condições de outras análises que podem ser testadas a partir de dados coletados.

O início da parte de discussões do artigo já diz bastante sobre suas conclusões da pesquisa:

Um estudo da geografia da diversidade genética presente em tumores humanos com um fenótipo mutante revelou um grau insuspeitado de diversidade. Notavelmente, as células tumorais puderam ser encontradas com um genótipo do tipo selvagem no meio do tecido tumoral. A capacidade de reproduzir os resultados utilizando um modelo de dinâmica de metapopulações sugere que os mesmos princípios fundamentais que explicam a falta de domínio em ecossistemas complexos estão em jogo na neoplasia e estão na base da manutenção da diversidade clonal em tumores humanos.