La capacidad de las células cancerosas para tolerar condiciones de hacinamiento puede ser una clave para comprender el crecimiento y la formación de tumores. según un modelo matemático que se ha aplicado al crecimiento de células cancerosas por primera vez. El modelo puede replicar patrones de crecimiento de células de melanoma observados en experimentos de laboratorio controlando el "área de exclusión", la cantidad de espacio requerida, alrededor de dos tipos de células simuladas a medida que crecen y se propagan. Un artículo que describe el modelo y los experimentos aparece en un número reciente de la revista. Informes científicos .

"Cuando nuestros colaboradores cultivaron células cancerosas de melanoma en un cultivo mixto con células normales, "dijo Yuri Suhov, profesor de matemáticas en Penn State y autor del artículo, "las células cancerosas crecieron y se diseminaron más rápidamente, formando grupos de células de melanoma rodeadas de células no cancerosas. Este patrón agrupado de células de melanoma se asemejaba a proto-tumores bidimensionales, así que estábamos interesados ​​en modelar la formación de este patrón para comprender qué pasa con las células cancerosas que les permite crecer de esta manera. El melanoma es un cáncer de piel de aparición relativamente rara. Sin embargo, Es una de las formas de cáncer más letales que se caracteriza por un alto potencial de metástasis. lo que hace que sea crucial comprender la dinámica del crecimiento del tumor y desarrollar métodos para la detección temprana ".

Los investigadores aplicaron una modificación del modelo de Widom-Rowlinson, un modelo matemático que se ha utilizado en contextos que van desde la química teórica a la sociología, para tratar de determinar qué factores explican el patrón de crecimiento celular observado en los experimentos de laboratorio. Su modelo simula el crecimiento de dos tipos de células que inicialmente se mezclan uniformemente y se espacian uniformemente a través de una cuadrícula. Variando los parámetros del modelo, los investigadores pueden controlar la velocidad a la que se replica cada tipo de célula, muere y migra, así como el área de exclusión requerida alrededor de las celdas.

"Al modificar la distancia de exclusión entre los dos tipos de células en las simulaciones, pudimos replicar los patrones agrupados vistos en los experimentos, "dijo Izabella Stuhl, profesor asistente visitante de matemáticas en Penn State y otro autor del artículo. "El tipo de célula con el área de exclusión más estrecha fue más tolerante a las condiciones densas y formó patrones casi idénticos a los grupos de células de melanoma observados en los experimentos de laboratorio. Esto sugiere que una reducción en la 'inhibición por contacto', un factor conocido que impide que las células replicarse cuando chocan con otras células, puede ser lo que permite que se formen los tumores ".

En el curso de su trabajo, los investigadores primero hicieron predicciones basadas en el modelo matemático. Luego se realizaron simulaciones numéricas, en paralelo con los experimentos de co-cultivo. Los resultados simulados se compararon repetidamente con los datos experimentales.

Los investigadores planean continuar expandiendo su modelo en combinación con datos de experimentos del mundo real sobre el crecimiento de células cancerosas. Esta combinación de modelos teóricos con experimentos de laboratorio podría dar lugar a conocimientos adicionales sobre los factores que contribuyen al crecimiento de las células cancerosas.

"Los tumores crecen en lugares donde es normal, las células sanas no pueden porque las células ya están densamente empaquetadas, "dijo Suhov." Inhibición de contacto, que modelamos como área de exclusión, puede ser una de las cosas que evita que las células no cancerosas se propaguen incontrolablemente, pero las células cancerosas de alguna manera superan esto. Por otra parte, las células normales intentan formar 'capas fronterizas', de una mayor densidad celular, que rodean grupos similares a tumores como si quisieran aislar los tumores y evitar que se propaguen más. Nuestro modelo muestra que estos factores son relevantes cuando se intenta explicar las imágenes de crecimiento celular que se ven en el laboratorio. Es bastante notable que la mezcla de células de fuentes biológicas no relacionadas muestre un patrón de comportamiento persistente. Sin embargo, Nos gustaría ampliar esto para comprender mejor cómo se comportan las células cancerosas en un entorno natural. A medida que continuamos perfeccionando nuestro modelo en función de datos experimentales adicionales, es posible que podamos incorporar parámetros que nos permitan comprender mejor los procesos biológicos precisos que provocan la formación de tumores ".