KAIST desarrolla tecnología fundamental para convertir células cancerosas en células normales
A pesar del desarrollo de numerosas tecnologías para el tratamiento del cáncer, el objetivo común de las terapias actuales contra el cáncer es eliminar las células cancerosas. Sin embargo, este enfoque enfrenta limitaciones fundamentales, como la aparición de resistencia y reaparición de células cancerosas, así como graves efectos secundarios derivados de la destrucción de células sanas.
< (De arriba a la izquierda) Los candidatos a doctorado en Biología e Ingeniería Cerebral Juhee Kim, Jeong-Ryeol Gong, Chun-Kyung Lee y Hoon-Min Kim posaron para una foto grupal con el profesor Kwang-Hyun Cho >
KAIST (representado por el presidente Kwang Hyung Lee) anunció el 20 de diciembre que un equipo de investigación dirigido por el profesor Kwang-Hyun Cho del Departamento de Ingeniería Biológica y Cerebral ha desarrollado una tecnología innovadora que puede tratar el cáncer de colon convirtiendo las células cancerosas en un estado parecido a las células normales del colon sin matarlas, evitando así los efectos secundarios.
El equipo de investigación se centró en la observación de que, durante el proceso de oncogénesis, las células normales retroceden a lo largo de su trayectoria de diferenciación. Basándose en este conocimiento, desarrollaron una tecnología para crear un gemelo digital de la red genética asociada con la trayectoria de diferenciación de las células normales.
< Figura 1. Tecnología para crear un gemelo digital de una red genética a partir de datos del transcriptoma de una sola célula de una trayectoria de diferenciación celular normal. El equipo de investigación del profesor Kwang-Hyun Cho desarrolló una tecnología de creación de gemelos digitales que observa con precisión la dinámica de las relaciones reguladoras de los genes durante el proceso de diferenciación de las células normales a lo largo de una trayectoria de diferenciación y analiza las relaciones entre los genes clave para construir un modelo matemático que se puede simular (AF). Además, desarrollaron una tecnología para descubrir factores reguladores clave que controlan la trayectoria de diferenciación de las células normales mediante la simulación y el análisis de este gemelo digital. >
< Figura 2. Simulación de un gemelo digital que simula la trayectoria de diferenciación de las células normales del colon. Se analizó la dinámica de los datos del transcriptoma de células individuales para la trayectoria de diferenciación de las células normales del colon (A) y se desarrolló un gemelo digital de la red genética que representa las relaciones reguladoras de los genes clave en esta trayectoria de diferenciación (B). Los resultados de la simulación del gemelo digital confirman que reproduce fácilmente la dinámica de los datos del transcriptoma de células individuales (C, D). >
Mediante análisis de simulación, el equipo identificó sistemáticamente interruptores moleculares maestros que inducen la diferenciación celular normal. Cuando estos interruptores se aplicaron a células de cáncer de colon, las células cancerosas volvieron a un estado similar al normal, un resultado confirmado mediante experimentos moleculares y celulares, así como estudios con animales.
< Figura 3. Descubrimiento de factores de control clave de alto nivel que inducen la diferenciación de células normales del colon. Al aplicar la tecnología de descubrimiento de factores de control al modelo de gemelo digital, se descubrieron tres genes, HDAC2, FOXA2 y MYB, como factores de control clave que inducen la diferenciación de células normales del colon (A, B). Los resultados del análisis de simulación de los efectos reguladores de los factores de control descubiertos a través del gemelo digital confirmaron que podían inducir la diferenciación completa de las células del colon (C). >
< Figura 4. Verificación del efecto de los factores de control clave descubiertos utilizando células de cáncer de colon y experimentos con animales sobre la reversibilidad del cáncer de colon. Los factores de control clave de la trayectoria de diferenciación de las células de colon normales descubiertos mediante el análisis de simulación de gemelos digitales se aplicaron a células de cáncer de colon reales y modelos animales de ratón de cáncer de colon para verificar experimentalmente el efecto de la reversibilidad del cáncer. Los factores de control clave redujeron significativamente la proliferación de tres líneas celulares de cáncer de colon (A), y esto se confirmó de la misma manera en modelos animales (BD). >
Esta investigación demuestra que la reversión de las células cancerosas se puede lograr sistemáticamente mediante el análisis y la utilización del gemelo digital de la red genética de las células cancerosas, en lugar de depender de descubrimientos fortuitos. Los hallazgos son muy prometedores para el desarrollo de terapias reversibles contra el cáncer que se puedan aplicar a varios tipos de cáncer.
< Figura 5. El cambio en la expresión génica general se confirmó a través de la regulación de los factores reguladores clave identificados, que convirtieron el estado de las células de cáncer de colon al de las células de colon normales. Los transcriptomas de los tejidos de cáncer de colon y de los tejidos de colon normales de más de 400 pacientes con cáncer de colon se compararon con los transcriptomas de las líneas celulares de cáncer de colon y de las líneas celulares de cáncer de colon reversible, respectivamente. Los resultados de la comparación confirmaron que la regulación de los factores reguladores clave identificados convirtió las tres líneas celulares de cáncer de colon a un estado similar a la expresión del transcriptoma de los tejidos de colon normales. >
El profesor Kwang-Hyun Cho comentó: «El hecho de que las células cancerosas puedan volver a convertirse en células normales es un fenómeno asombroso. Este estudio demuestra que dicha reversión puede inducirse sistemáticamente».
Además, destacó que «esta investigación introduce el concepto novedoso de terapia reversible contra el cáncer, al convertir las células cancerosas en células normales. También desarrolla una tecnología fundamental para identificar objetivos para la reversión del cáncer a través del análisis sistemático de las trayectorias de diferenciación de las células normales».
Esta investigación incluyó contribuciones de Jeong-Ryeol Gong, Chun-Kyung Lee, Hoon-Min Kim, Juhee Kim y Jaeog Jeon, y se publicó en la edición en línea de la revista internacional Advanced Science de Wiley el 11 de diciembre. (Título: “Control de las trayectorias de diferenciación celular para la reversión del cáncer”) DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202402132
< Figura 6. Diagrama esquemático de los resultados de la investigación. El equipo de investigación del profesor Kwang-Hyun Cho desarrolló una tecnología fuente para descubrir sistemáticamente los factores de control clave que pueden inducir la reversibilidad de las células de cáncer de colon a través de un enfoque de biología de sistemas y un análisis de simulación de gemelos digitales de la trayectoria de diferenciación de las células de colon normales, y verificó los efectos de la reversión en el cáncer de colon real a través de experimentos con células moleculares y experimentos con animales. >
El estudio contó con el apoyo del Ministerio de Ciencia y TIC y de la Fundación Nacional de Investigación de Corea a través del Programa de Investigadores de Mediana Carrera y del Programa de Laboratorio de Investigación Básica. Los resultados de la investigación se han transferido a BioRevert Inc., donde se utilizarán para el desarrollo de terapias prácticas de reversión del cáncer.
