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Capturing cancer: 3-D model of solid tumors explains cancer evolution

This is a three-dimensional model of a tumor showing cell types in varying colors.
Credit: Bartek Waclaw and Martin Nowak

They’re among the most powerful tools for shedding new light on cancer growth and evolution, but mathematical models of the disease for years have faced an either/or stand off.

Though models have been developed that capture the spatial aspects of tumors, those models typically don’t study genetic changes. Non-spatial models, meanwhile, more accurately portray tumors’ evolution, but not their three-dimensional structure.

A collaboration between Harvard, Edinburgh, and Johns Hopkins Universities including Martin Nowak, Director of the Program for Evolutionary Dynamics and Professor of Mathematics and of Biology at Harvard, has now developed the first model of solid tumors that reflects both their three-dimensional shape and genetic evolution. The new model explains why cancer cells have a surprising number of genetic mutations in common, how driver mutations spread through the whole tumor and how drug resistance evolves. The study is described in an August 26 paper in Nature.

“Previously, we and others have mostly used non-spatial models to study cancer evolution,” Nowak said. “But those models do not describe the spatial characteristics of solid tumors. Now, for the first time, we have a computational model that can do that.”

A key insight of the new model, Nowak said, is the ability for cells to migrate locally.

“Cellular mobility makes cancers grow fast, and it makes cancers homogenous in the sense that cancer cells share a common set of mutations. It is responsible for the rapid evolution of drug resistance,” Nowak said. “I further believe that the ability to form metastases, which is what actually kills patients, is a consequence of selection for local migration.”

Nowak and colleagues, including Bartek Waclaw of the University of Edinburgh, who is the first author of the study, Ivana Bozic of Harvard University and Bert Vogelstein of Johns Hopkins University, set out to improve on past models, because they were unable to answer critical questions about the spatial architecture of genetic evolution.

“The majority of the mathematical models in the past counted the number of cells that have particular mutations, but not their spatial arrangement,” Nowak said. Understanding that spatial structure is important, he said, because it plays a key role in how tumors grow and evolve.

In a spatial model cells divide only if they have the space to do so. This results in slow growth unless cells can migrate locally.

“By giving cells the ability to migrate locally,” Nowak said, “individual cells can always find new space where they can divide.

The result isn’t just faster tumor growth, but a model that helps to explain why cancer cells share an unusually high number of genetic mutations, and how drug resistance can rapidly evolve in tumors.

As they divide, all cells — both healthy and cancerous — accumulate mutations, Nowak said, and most are so called “passenger” mutations that have little effect on the cell.

In cancer cells, however, approximately 5 percent are what scientists call “driver” mutations — changes that allow cells to divide faster or live longer. In addition to rapid tumor growth, those mutations carry some previous passenger mutations forward, and as a result cancer cells often have a surprising number of mutations in common.

Similarly, drug resistance emerges when cells mutate to become resistant to a particular treatment. While targeted therapies wipe out nearly all other cells, the few resistant cells begin to quickly replicate, causing a relapse of the cancer.

“This migration ability helps to explain how driver mutations are able to dominate a tumor, and also why targeted therapies fail within a few months as resistance evolves,” Nowak said. “So what we have is a computer model for solid tumors, and it’s this local migration that is of crucial importance.”

“Our approach does not provide a miraculous cure for cancer.” said Bartek Waclaw, “However, it suggests possible ways of improving cancer therapy. One of them could be targeting cellular motility (that is local migration) and not just growth as standard therapies do.”


Story Source:

The above post is reprinted from materials provided by Harvard University.Note: Materials may be edited for content and length.


Journal Reference:

  1. Bartlomiej Waclaw, Ivana Bozic, Meredith E. Pittman, Ralph H. Hruban, Bert Vogelstein, Martin A. Nowak. A spatial model predicts that dispersal and cell turnover limit intratumour heterogeneity. Nature, 2015; DOI: 10.1038/nature14971

This article originally appeared on sciencedaily.com

Diez absurdas teorías pseudocientíficas defendidas por políticos españoles

Homeopatía, reiki, terapias naturales o alternativas, transgénicos… Está claro que las teorías e ideologías pseudocientíficas están cada vez más presentes en la sociedad española.

Por desgracia, este tipo de pensamientos no sólo están instalados en la conciencia de un creciente número de ciudadanos, sino también en la de diversos políticos de nuestro país. Estos a veces esgrimen y fomentan todo tipo de propuestas sin evidencia racional que acaban siendo señaladas por diversos grupos de investigadores y científicos, quienes critican la proliferación de este tipo de teorías en ámbitos tan influyentes como la política o la comunicación.

De hecho, la historia reciente nos ha dejado varios ejemplos de políticos españoles (muchos de ellos retratados en el libro El peligro de creer, del periodista Luis Alfonso Gámez), inmersos en el fomento y promoción de tan exóticos argumentos. Estos son algunos de los más destacados.

1.- La fiebre de la Power Balance: Leire Pajín, Javier Arenas, Patxi López…

Leire Pajín, con una Power Balance. Foto: EFE. Montaje: Luis Alfonso Gámez (magonia.com).
Leire Pajín, con una Power Balance. Foto: EFE. Montaje: Luis Alfonso Gámez (magonia.com).

Seguramente uno de los momentos más recordados. En pleno auge y moda de las famosas pulseras Power Balance (en riesgo de quiebra por el pago de indemnizaciones y tras reconocer el nulo efecto de su producto), fueron muchas las personalidades de nuestro país que aparecieron en actos públicos luciendo dichas pulseras, que aseguran ayudar a mantener “el equilibrio, la flexibilidad y la fuerza”.

Entre los políticos españoles la llevaron Patxi López y Javier Arenas, por poner sólo dos ejemplos, pero el caso más llamativo y criticado fue el de Leire Pajín. Sus sus fotos con dicha pulsera salieron a la luz cuando la dirigente socialista iba a ser nombrada nueva ministra de Sanidad. Pajín, al igual que varios compañeros, aseguró haberla llevado por ser un regalo, no por sus (falsos) poderes curativos.

2.- Ana Mato y la medicina “natural”.

De ministras de Sanidad va la cosa. En este caso fue Ana Mato, del PP, la que en 2012 se vio acorralada ante la iniciativa del propio Ministerio al empezar a sacar medicamentos de la lista de productos sanitarios amparados bajo la sanidad pública española.

La respuesta de Mato fue, cuando menos, sorprendente: “Sacaremos delvademecum medicamentos de escaso valor terapéutico que se pueden sustituir con alguna cosa natural”.

3.- Manuela Carmena y Madrid como “zona libre de transgénicos”.

La actual alcaldesa de Madrid, Manuela Carmena, acudió a las elecciones municipales con un programa que, entre sus propuestas, incluía tres puntos basados en creencias pseudocientíficas. El más destacado, declarar Madrid como una “zona libre de transgénicos”.

La propuesta incluida por el equipo de Ahora Madrid fue intensamente criticada por diversos investigadores y científicos e incluso acabó desembocando en un debate público sobre el tema en el que se llegó a invitar a Rocío Pérez, redactora de Teknautas, para quien “la única razón para odiar los transgénicos es la falta de información científica”.

4.- Felipe VI y su ‘milagroso’ parche de titanio.

Foto: Roque Martínez (ABC).
Foto: Roque Martínez (ABC).

En el verano de 2010, el rey Felipe VI (por aquel entonces aún príncipe) fue fotografiado en Mallorca llevando un enigmático parche en su cuello. El producto en cuestión era un parche de titanio muy de moda en Estados Unidos, donde este artilugio, que presume de “equilibrar las corrientes bioeléctricas del cuerpo”, se puso muy de moda entre todo tipo de personalidades públicas.

El parche en cuestión estaba fabricado y comercializado por Phiten, una compañía fundada por un quiropráctico que con su invento asegura ser capaz de “regular y equilibrar el flujo de energía en todo el cuerpo”, unas declaraciones carentes de todo tipo de argumento científico que las defienda.

5.- Pablo Iglesias y la “hipersensibilidad electromagnética”.

La polémica más reciente. El pasado 3 de julio, los eurodiputados Pablo Iglesias y Estefanía Torres elevaron ante el Parlamento Europeo una petición para que la UE reconozca la “hipersensibilidad electromagnética” como enfermedad, asegurando que “los lobbies han boicoteado (…) el reconocimiento básico de los derechos de las personas electrosensibles”.

Lo que Iglesias y Torres parecen no saber es que la hipersensibilidad electromagnética (o la Sensibilidad Química Múltiple-SQM) son enfermedades que, literalmente, no existen más allá de su mero efecto psicosomático. Hasta el momento ningún estudio científico ha conseguido probar la existencia real de esta (no) enfermedad. De hecho, la propia Organización Mundial de la Salud (OMS) asegura que, aunque hay personas que dicen estar afectadas por este tipo de ondas, en realidad se trata de una simple percepción psicológica.

6.- El Gobierno Vasco y las antenas de telefonía.

Siguiendo con las ondas y los magnetismos, el Gobierno del País Vasco también cuenta en su haber con un episodio sonrojante. Tuvo lugar en enero de 2014, cuando decidió ‘blindar’ un instituto de Bilbao ante la presión de muchos padres, que aseguraban que la cercana presencia de una antena de telefonía móvil estaba amenazando la salud de sus hijos.

En realidad, no hay ningún estudio científico que avale los posibles peligros de salud que puedan provocar estas antenas ni sus ondas. De hecho, desde el propio Gobierno Vasco se aseguraron de que la radiación emitida por dicha antena estaba incluso por debajo de los límites legales, pero acabó accediendo a la petición para tranquilizar a los padres.

7.- Antivacunas y antichemtrails en Podemos.

No es ningún secreto que, con frecuencia, las teorías pseudocientíficas suelen tener más aceptación entre ideologías de izquierdas, y en Izquierda Unida y Podemos saben mucho de esto. De hecho, el propio Pablo Echenique, antes de la fundación de Podemos, llegó a promover una charla sobre la frecuente presencia de este tipo de teorías entre los militantes de formaciones de izquierdas.

El partido de Pablo Iglesias lo vivió muy de cerca sobre todo el año pasado, cuando, al hilo de la formación de los diversos círculos, se encontró con grupos que pretendían sumarse a la formación defendiendo teorías tan exóticas como el movimiento antivacunas, los ataques contaminnates mediante chemtrails o el reiki. Sin embargo, el grupo Podemos Terapias Naturales no llegó a formar parte de la lista oficial de círculos de Podemos.

8.- Sanidad y la regulación de la homeopatía.

En noviembre de 2013, el Ministerio de Sanidad publicó un proyecto de orden ministerial con el que pretendía iniciar el proceso de regulación y comercialización en España de más de 19.000 productos homeopáticos, un documento que le ahorraría a la industria homeopática un sinfín de tasas sanitarias.

Sin embargo, el Ministerio obvió una realidad que en su propia institución ya conocen: la homeopatía (difundida bajo el principio ‘lo similar cura lo similar’, una sentencia tan insensata como indefendible científicamente) no tiene ningún efecto médico más allá del puro placebo. De hecho, en nuestro país son medianamente frecuentes los suicidios homeopáticos, una práctica que, en tono de humor, pretende denunciar que en España se permita vender este tipo de productos.

9.- La Unión Europea y la homeopatía para animales.

El problema de la difusión y fomento de la homeopatía no es exclusivo de España, ni mucho menos. En 2009, la propia Unión Europea elaboró un documento regulatorio de la acuicultura orgánica que trajo consigo una intensa polémica.

Dicha polémica residía en que, en dicha regulación, la UE obligaba a los países miembro a tratar a los animales de las granjas ecológicas con remedios homeopáticos, en vez de recurrir a medicamentos con eficacia probada.

10.- Izquierda Unida y las ‘terapias alternativas’.

Como decíamos antes, los partidos políticos de izquierdas han sufrido en mayor medida la proliferación de teorías pseudocientíficas entre sus militantes. Y uno de los ejemplos más frecuentes en nuestro país lo encontramos tradicionalmente en las filas de Izquierda Unida.

Por eso, el psicólogo Eparquio Delgado, militante de la formación, elaboró en 2012 una propuesta de rechazo a la homeopatía y todo tipo de terapias alternativas no avaladas por el método científico. El documento fue aceptado y aprobado en la X Asamblea Federal, convirtiendo a Izquierda Unida en el primer partido político de nuestro país en mostrar su rechazo hacia este tipo de prácticas.

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