Indipendentemente dalla forma che il cancro assume nel corpo, inizia a livello cellulare e cresce attraverso il metabolismo.
La comprensione del metabolismo alterato nel cancro ha ricevuto un rinnovato interesse della ricerca, secondo Abe Stroock, William C. Hooey Director e Gordon L. Dibble Professor presso la Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering. La sua ultima ricerca esamina il metabolismo del cancro e pone basi teoriche per studi futuri.
“Il cancro ha un metabolismo distinto, in un certo senso, ed è una delle prime caratteristiche della malattia a livello cellulare e subcellulare identificate“, ha detto Stroock, autore senior del “Multi-Scale Computational Study of the Warburg Effect, Reverse Warburg Effect and Glutamine Addiction in Solid Tumors,”, pubblicato di recente in PLOS Computational Biology .
Mengrou Shan, ex Samuel C. Fleming Family Graduate Fellow nel laboratorio Stroock, è autore principale dello studio.
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Quasi 100 anni fa, il fisiologo e premio Nobel tedesco Otto Warburg ipotizzo’ che la crescita del cancro fosse causata dai mitocondri che consumavano quantità anormali di glucosio, anche in presenza di ossigeno. Le cellule sane consumano glucosio solo in assenza di ossigeno. Questo fenomeno del metabolismo alterato nel cancro è stato definito l’effetto Warburg.
Warburg suppose che il cancro fosse una malattia metabolica, prima di tutto, ma le ricerche successive hanno messo in luce l’idea che le mutazioni genetiche siano alla base del cancro.
” L’ effetto Warburg, il difetto metabolico ritenuto all’origine del cancro, è stato in molti modi, licenziato”, ha detto Stroock. “Ma poiche’ non abbiamo ancor una cura per il cancro, le domande sui metabolismi in relazione alla genetica del cancro sono tornate sul tavolo“.
‘Quando le cellule tumorali consumano glucosio’, ha spiegato Stroock, ‘lo fanno attraverso un processo chiamato glicolisi, in cui una significativa quantità di glucosio viene trasformata in acido lattico. È un modo molto inefficiente di utilizzare il glucosio – lo stesso fenomeno che si verifica quando i muscoli affaticati consumano lo zucchero anaerobicamente, portando all’acidosi lattica’.
Uno degli obiettivi della ricerca era scoprire se e in che modo le stranezze nel metabolismo del cancro, come l’effetto Warburg, aiutassero o danneggiassero la crescita del tumore.
Ad esempio: data l’intrinseca inefficienza della glicolisi, le cellule tumorali dovrebbero essere svantaggiate rispetto ai tessuti sani.
Stroock mirava a determinare i punti di forza e di debolezza di questo processo metabolico rebired su più scale – intracellulare, cellulare, multicellulare – e ha creato strumenti per farlo. Il gruppo ha modellato questi processi in tre scenari metabolici:
l’effetto Warburg (consumo aerobico di glucosio);
dipendenza da glutammina, che era stata vista come un segno distintivo del metabolismo del cancro,
l’effetto contrario di Warburg, in cui le cellule tumorali “dirottano” le cellule non cancerose nel microambiente del tumore e le costringono a consumare glucosio come le cellule tumorali.
Uno degli strumenti utilizzati dal gruppo era l’analisi del flusso del bilancio (FBA), un metodo computazionale per determinare l’utilizzo dei nutrienti attraverso il processo metabolico all’interno delle singole cellule.
Utilizzando i risultati FBA ottenuti da modelli di popolazioni di cellule sotto forma di tumori solidi, il gruppo ha confermato che l’effetto Warburg fornisce un vantaggio di crescita al tumore, ma che la dipendenza da glutammina non favorisce la crescita delle cellule tumorali. “Dimostriamo che non è utile [per il tumore] essere dipendenti dalla glutammina”, ha detto Stroock. “La comunità dovrà trovare altri modi per cui la glutammina è importante per il tumore“.
Il team di Stroock ha anche offerto approfondimenti sulla relazione tra cellule sane e cellule tumorali con l’effetto di Warburg al contrario, che consente a più ossigeno di penetrare la massa cancerosa in microambienti limitati dalle risorse.
Il lavoro del gruppo, aprendo le porte a studi futuri, conferma anche una teoria vecchia di quasi 100 anni. “Mette questa antica ipotesi dell’effetto Warburg su basi più solide”, ha detto Strook, “e ora sappiamo più quantitativamente … come le cellule tumorali usano questo meccanismo di Warburg“.
Fonte, Cornell University
