Știați că cancerul evoluează? Poate fi însă prevenit?

Prevenirea răspândirii și dezvoltării cancerului și a prejudiciilor asociate, precum și găsirea tratamentelor și a vindecării lui s-au numărat printre obiectivele principale ale secțiilor de oncologie. Abordarea cancerului dintr-o perspectivă evolutivă poate dezvălui anumite mistere. Pentru a discuta acest subiect, avem nevoie mai întâi de câteva informații de bază.

Despre cancer – Ce este cancerul?

Cancerul, apărut prin natura principiilor vieții, poate fi caracterizat ca un efect secundar al funcționării mecanismelor evoluției. Un grup de boli în care, din cauza leziunilor de DNA acumulate (în unele cancere, din cauza unor factori virali), celulele prezintă creștere necontrolată și capacitatea de a produce metastaze (răspândire) și în zonele sănătoase ale corpului este numit cancer.

De cele mai multe ori, cauza acestei diviziuni necontrolate este reprezentată de modificări neplanificate ale codului genetic. Mutație este denumirea acestor modificări, care pot apărea în diferite moduri: uneori radiațiile UV pot deteriora structura DNA, iar sistemele de reparare nu au capacitatea de a corecta complet leziunea; uneori DNA este copiat greșit, iar repararea acestei erori este omisă în timpul copierii; alteori, cantitatea de substanțe toxice din mediu influențează topologia celulei și împiedică buna funcționare a sistemelor de diviziune (topologia este ramura geometriei/matematicii care studiază proprietățile suprafețelor și ale formelor generale, fără a se ocupa de lungimi și unghiuri). În asemenea situații intră în acțiune sistemul de reparare a DNA, apoptoza (moartea celulară programată) sau sistemul imunitar. În situațiile în care apare cancerul, aceste mecanisme de control sunt slăbite. De exemplu, un sistem imunitar slab va fi mai puțin eficient în gestionarea celulelor cu mutații decât unul puternic. Sau, la unele persoane, sistemul imunitar poate conține celule imunitare specializate care recunosc mai bine celulele canceroase (de exemplu, aceste celule imunitare specializate au fost identificate la persoane de peste 100 de ani; vedeți descoperirea relevantă).

Explicația figurii: În partea de sus sunt ilustrate situațiile care provoacă leziuni ale DNA, iar în partea de jos cele mai frecvente mecanisme de reparare a acestor leziuni.

Cancerul este un fenomen care, în forma sa cu cel mai mic impact, reduce calitatea vieții, iar în cea cu cel mai mare impact pune capăt vieții.

Faptul că poate apărea în multe tipuri de celule este principalul avantaj inițial al cancerului. Cea mai evidentă explicație de bază este dificultatea tot mai mare de reparare a diverselor sisteme apărute odată cu creșterea complexității celulei în evoluție; componentele de reparare nu au fost încă optimizate sau celula nu conține sistemul/sistemele necesare optimizării lor. De aceea, pe măsură ce organismele devin mai complexe, cancerul evoluează odată cu ele și continuă să existe. Atât timp cât există evoluție, adică substanțele se transformă în timp dintr-o formă în alta, vor exista și structuri organice care corespund definiției noastre a „cancerului”. Totuși, cercetările recente ale omenirii au oferit o rază de speranță și au contribuit la efortul de a preveni multe dintre tipurile de cancer cunoscute.

Există 4 tipuri principale de cancer

1. Care poate apărea în glande și țesuturi epiteliale și formează tumori solide (compacte, ale organelor), carcinomul este cel mai frecvent tip de cancer. Cancerul de prostată, mamar, pulmonar și de colon intră sub această categorie.
2. Cunoscut și drept cancer al țesuturilor moi, care apare în structuri precum mușchi, nervi, grăsime, tendoane, vase etc. și formează tumori moi, sarcomul este un tip rar de cancer.
3. Leucemia este cunoscută și drept cancer al sângelui. Pe scurt, reprezintă producerea necontrolată de globule albe anormale în măduva osoasă. În loc să moară după un timp, aceste globule albe anormale continuă să se multiplice. Aceasta înseamnă că, deoarece în sânge rămâne puțin loc pentru globulele roșii, cantitatea de oxigen transportată și furnizată scade. În mare parte, nu se observă formarea de tumori.
4. Limfomul apare în limfocitele B, T și natural killer (tipuri de globule albe care identifică agenții patogeni). Se poate observa formarea de tumori.

Există 2 tipuri principale de tumori:

1. Tumorile benigne (benign) nu produc metastaze, sunt de obicei înconjurate de țesut conjunctiv și se divid o anumită perioadă. Prin caracteristicile lor seamănă mai mult cu celulele normale. Totuși, din cauza structurii compacte pe care o formează, pot leza nervii, reduce fluxul sanguin și provoca indirect gangrenă pe fond ischemic, leziuni ale organelor etc. În jurul tumorilor benigne se observă un nivel redus de angiogeneză (ramificarea de vase noi), ceea ce joacă un rol important în faptul că tumora nu poate crește rapid și nu poate produce metastaze.
2. Tumorile maligne (malign) pot produce metastaze și se multiplică excesiv și necontrolat. Aceste tumori pot afecta direct sau indirect activitatea unui organ. Un exemplu de cale directă este apariția cancerului pe o structură și influențarea funcției ei; un exemplu indirect este utilizarea predominantă a oxigenului și nutrienților din sânge pentru creșterea tumorii atunci când se observă angiogeneză excesivă. Totodată, datorită ratei mari de angiogeneză, capacitatea de metastazare este mult dezvoltată. Tumorile cu tendință de a deveni maligne se numesc tumori premaligne. Acestea trebuie urmărite atent, altfel se pot transforma în tumori maligne.

Nu orice cancer formează o tumoră și nu orice tumoră primește diagnosticul de cancer Majoritatea tumorilor benigne vor dispărea de la sine sau vor rămâne cu dumneavoastră, asemenea unor acrocordoane de pe corp (vedeți diferența dintre nevi și acrocordoane; există anumite criterii privind transformarea canceroasă a acrocordoanelor, iar unele pot semnala un cancer).

Ce este evoluția?

Înainte de a vorbi despre evoluția cancerului, trebuie dată și o definiție a evoluției . Deși evoluția este descrisă adesea pe baza laturii biologice, în esență ar trebui prezentată ca o lege a mecanismului de funcționare al universului nostru. Evoluția reprezintă acumularea în timp a unor schimbări mici, care se transformă în diferențe mari. Este transformarea unui lucru de origine, prin schimbări mărunte, în cele din urmă în ceva nou. Acest lucru este valabil nu doar pentru organisme, ci pentru tot ceea ce există în lume. Să privim astfel:

Puteți observa acest fenomen peste tot, în orice moment și în orice domeniu. Exemple foarte bune de evoluție sunt procesele de lungă durată, precum personalitățile oamenilor, schimburile dintre culturi, mișcarea continentelor, modificarea și dezvoltarea instrumentelor muzicale, dezvoltarea armelor și înmulțirea metodelor de tratament, dar și cele care se desfășoară mai repede decât exemplele anterioare, precum diferențele dintre relațiile părinților cu copiii sau nepoții lor, schimbarea percepției muzicii și faptul că pepenii de astăzi sunt mai cărnoși decât cei cultivați cu un secol în urmă.

Ceea ce numim evoluție este, după cum s-a descris mai sus, un termen general. Evoluția chimică, ce studiază evoluția moleculelor și formarea noilor substanțe, evoluția fizică, ce studiază legile fizicii care s-au stabilizat treptat de la Big Bang încoace (și indirect fenomenele chimice, cosmice și biologice), și evoluția biologică, ce studiază viața și complexitatea organismelor, sunt cele trei ramuri principale ale evoluției. Aceste trei ramuri au deschis calea nenumăratelor domenii ale științei.

Conceptele de macroevoluție și microevoluție împart evoluția în două grupe, pe baza timpului necesar pentru atingerea unei etape noi. Macroevoluția descrie acumularea schimbărilor pe o perioadă lungă, iar microevoluția le descrie pe cele care se produc într-un timp relativ scurt. Exemplele din al doilea paragraf al acestei secțiuni au fost scrise astfel încât să corespundă, în ordine, macroevoluției și microevoluției.

Care este diferența dintre teorie, lege și fenomen?

Acum că am explicat „pe scurt” conceptul evoluției, pentru a clarifica diferența dintre evoluție și Teoria Evoluției , să privim, tot „pe scurt”, diferența dintre teorie, lege și fenomen:

Selectivitatea oamenilor în transmiterea informațiilor de la unul la altul a dus, în timp, la uitarea unor aspecte importante. Definițiile teoriei și legii au fost afectate de-a lungul anilor de conflictele dintre programele școlare. Acești doi termeni științifici sunt două instrumente care nu se pot transforma unul în celălalt și au funcții complet diferite. Nu trebuie uitat că ambele se bazează pe metode științifice și sunt construite din elemente mici în structuri mai mari. Ambele au nevoie de experimente și cer dovezi solide. Deși seamănă din această perspectivă, nu există o asemenea asemănare în următoarea privință:

• Teoria este folosită pentru a explica un fenomen. Teoriile provin din ipoteze bazate pe observații. Au nevoie de o cantitate mare de dovezi pentru a explica pe deplin un fenomen. Aceste fenomene sunt cercetate permanent, iar multe domenii științifice contribuie la a face explicația teoriei tot mai corectă și acceptabilă. Teoria economică, teoria informației, teoria evoluției, teoria relativității, teoria Big Bangului și teoria celulară sunt câteva exemple bune.
• Legea este folosită pentru a descrie un fenomen. Și legile provin din ipoteze formate pe baza observațiilor. Ele sunt formulate în funcție de obținerea aceluiași rezultat în experimentele despre fenomenele descrise, efectuate în întreaga lume, și de posibilitatea de a constitui baze ale științei. Explicarea legilor revine tot teoriilor, iar descrierea fenomenelor folosite în teorii revine legilor. Această dualitate este foarte importantă pentru progresul științei. Utilizarea legii gravitației în teoria relativității, a legii lui Ohm în teoria circuitelor și a legii conservării masei în teoria cinetică sunt câteva exemple.
• Fenomenele sunt lucruri observabile care fac obiectul cercetării, din care se formează ipoteze și pe baza cărora, după studii îndelungate și laborioase, se formulează legi sau teorii; deși se bazează pe presupuneri, ele însele nu sunt presupuneri. Conceptul de fenomen acceptat în știință se bazează pe materialismul ontologic: oricât de supranatural sau exterior naturii ar părea un fenomen, la bază el poate fi explicat prin mecanismele universului și îi poate fi cercetată originea. Această perspectivă este acceptată și utilizată de oamenii de știință deoarece este în acord cu mecanismele de care se ocupă știința și asupra cărora efectuează studii.

În concluzie, diferența dintre evoluție și Teoria Evoluției poate fi văzută acum cu ușurință: Evoluția este un fenomen, iar Teoria Evoluției este un instrument care servește explicării și înțelegerii lui și creării bazelor pentru cercetarea sa.

Să privim acum evoluția și interpretarea oncologică a Teoriei Evoluției , care explică evoluția biologică (subiect din programa școlară).

Evoluția cancerului; biologie evolutivă și terapie adaptivă

Explicația figurii: Pe măsură ce celulele se divid, dobândesc mutații care pot determina creștere anormală și pot forma tumori. Tumorile și metastazele lor pot consta din grupuri celulare diferite. Astfel, tumorile metastatice pot avea un fenotip (aspect) și un genotip (genetică) foarte diferite de celula canceroasă inițială.

Celulele canceroase se pot forma oriunde în corp. De aceea, cancerul poate fi observat în multe tipuri de celule. Pentru a înțelege evoluția cancerului, să privim mai întâi cum apare el în corpul nostru.

Cancerul poate apărea în celulele germinale (celulele noastre reproductive) și poate fi transmis generațiilor următoare ca o caracteristică ereditară (cancer mamar sau ovarian ereditar), ori poate apărea în celulele somatice (ale corpului) și rămâne limitat la propriul corp (vedeți conceptele de familial, ereditar și sporadic în cancer). În ambele situații există anumite criterii pentru apariția cancerului. Cele mai multe dintre acestea sunt presiuni evolutive.

Pe scurt, presiunile evolutive sunt factori care determină modificarea unui organism în sens pozitiv sau negativ.

În acest context, să examinăm un exemplu ecologic dintr-o perspectivă oncologică:

Cel mai elementar obiectiv al organismelor este, în esență, supraviețuirea până la reproducere. Multe riscuri aduc și posibilitatea de a nu se împerechea: competiția, foamea, setea, factorii de mediu, caracteristicile ereditare (forța de exprimare a genelor etc.), inteligența organismului și eficiența metodelor de vânătoare au un rol important în continuarea liniei sale. A face față acestor presiuni de selecție și a se adapta naturii formate de acești factori, a trece cu succes prin perioadele de reproducere și a reduce la minimum leziunile suferite în acest proces sunt definite ca succes adaptativ al organismului (fitness). În evoluție, perioada în care organismele sunt cele mai active și energice tinde să corespundă intervalului din viață către care se deplasează presiunile de selecție asupra organismelor reușite. În realitate, acesta este un proces haotic și numai cele pregătite pentru presiunile viitoare pot supraviețui unor asemenea presiuni.

Șoarecii din natură trăiesc aproximativ 1 an, iar cei de laborator între 2 și 3 ani. La șoarecii de laborator, cazurile de cancer sunt mai frecvente decât la rudele lor din natură. Un motiv important al acestei diferențe este vârsta mai mare a șoarecilor de laborator. Celulele noastre își pierd funcțiile pe măsură ce îmbătrânesc (dar nu uitați că în corp se produc zilnic aproximativ 230 de miliarde de celule noi. Nu este vorba despre moartea celulelor, ci despre pierderea în timp a funcțiilor celulelor nou formate). Pierderea acestor funcții – din motivele menționate mai sus – are, într-un sens, o mare importanță pentru deplasarea „tinereții” organismului (perioada cu energie maximă și potențial optim de reproducere) către perioada în care s-au mutat presiunile evolutive. Aceste schimbări ale distribuției energiei de-a lungul vieții sunt legate direct de succesul adaptativ.

- Subiect conex: De ce apare cancerul cel mai adesea la bătrânețe? Abordarea tratamentului la vârste înaintate

Putem spune că șoarecii din natură abia ajung la bătrânețe. De aceea, celulele corpului lor sunt încă relativ „tinere”, iar grupurile celulare se află în starea cea mai eficientă și relativ cea mai funcțională. Succesul adaptativ ridicat al acestor grupuri indică funcționarea cea mai activă a sistemelor care previn sau opresc apariția cancerului.

Să trecem acum la nivelul celulei:

Una dintre cauzele transformării canceroase a celulelor este reprezentată de fluctuațiile succesului adaptativ al grupurilor celulare din țesuturile noastre. Carcinogene sunt substanțele care provoacă cancer (azbest, cadmiu, nichel, clorură de vinil etc.) și pot perturba funcționarea normală a unor grupuri celulare și provoca leziuni ale DNA la organisme al căror sistem imunitar nu funcționează bine în raport cu vârsta (adică au deficiențe ale capacității de adaptare). Când se întâmplă acest lucru, în funcție de capacitatea celulei de a repara leziunile în limitele permise de vârsta sa, mecanismele ei se pot deteriora și celula se poate transforma în celulă canceroasă. În plus, în anumite situații, carcinogenii pot provoca și transformarea unor grupuri celulare cu succes adaptativ ridicat; acest lucru depinde într-o anumită măsură și de frecvența și intensitatea cu care acești carcinogeni pătrund în corp (vedeți, când provoacă o substanță carcinogenă cancer).

Pe lângă celulele care devin canceroase din cauza presiunilor evolutive, există și celule canceroase provenite dintr-o celulă stem canceroasă (CSC). Fiecare celulă din corp începe viața ca o celulă stem în locul din care provine (unde se formează inițial). Celulele stem sunt celule care nu au dobândit încă funcții specifice.

Celulele stem naturale se împart în celule stem adulte și embrionare. Deși ambele tipuri pot deveni multe tipuri de celule, cele embrionare se pot transforma în orice celulă a corpului, iar principalul lor scop este formarea embrionului. Celulele stem adulte (celule stem din măduva osoasă care formează globule roșii etc., celule stem neurale care formează neuroni etc.) au un potențial mai redus decât cele embrionare și nu se pot transforma în orice celulă a corpului; există o apartenență la un organ-sistem, iar principalul lor scop este repararea țesuturilor.

Să vorbim despre celulele stem adulte: trăiesc mai mult decât toate celulele somatice (ale corpului) și celulele reproductive și sunt păstrate în anumite numere în organul respectiv. Deoarece corpul nostru a evoluat astfel încât să nu producă noi celule stem adulte decât atunci când sunt necesare, există riscul acumulării de mutații în celulele stem aflate deja în așteptare. Dacă acumulează un număr suficient și anumite mutații oncogene, pot forma tumori acolo unde sunt utilizate. Dacă mutațiile dobândite permit metastazarea, aceste celule sunt numite celule stem canceroase metastatice (MCSC). Cercetările continuă; cartografierea moleculară a metastazării și înțelegerea caracteristicilor de transformare canceroasă ale celulelor stem pot fi importante pentru învingerea cancerului.

Există 3 tipuri de gene asociate cu cancerul

Acestea sunt:

Cum ne va ajuta biologia evolutivă să învingem cancerul?

Răspunsul la această întrebare poate fi legat tot de selecție:

Chimioterapia, deși reușește adesea să micșoreze tumorile, în anumite situații cancerul poate găsi o cale de a recidiva / reapărea (vedeți cât de des recidivează fiecare cancer). Tocmai această „cale găsită” este partea de care se ocupă biologia evolutivă. Prin selecția naturală, Teoria Evoluției explică cancerele mai puternice care recidivează după ședințele de chimioterapie folosind conceptul „supraviețuirea celui mai bine adaptat”, cunoscut și ca „supraviețuirea celui mai bun” sau „supraviețuirea celui mai puternic” (survival of the fittest): chimioterapia nu distruge numai celulele canceroase din zona în care este aplicată, ci afectează și celulele sănătoase, într-o măsură mai mică. De aceea, celulele care supraviețuiesc „bombardamentului chimioterapic” sunt cele cu succes adaptativ ridicat. Firește, este de așteptat ca acestea să fie celulele cele mai deschise mutațiilor și mai predispuse schimbării, adică celule canceroase. Dacă supraviețuiește chiar și o singură celulă canceroasă, posibilitatea recidivei tumorii încă există. Totuși, în tipurile de cancer foarte sensibile la chimioterapie – în primul rând testicular, de colon și mamar –, se poate obține vindecarea (tratament complet) prin chimioterapie.

Problema rezistenței la medicamente în cancer este abordată prin testarea terapiei adaptive (AT). Deși este prezentată ca o metodă terapeutică mai laborioasă și inutilă, AT este o formă de terapie bazată pe prejudiciul minim posibil pentru pacient. În această metodă, celulelor canceroase li se permite să aibă propriul teritoriu și să își manifeste acolo succesul adaptativ. Astfel, energia pe care ar cheltui-o pentru sistemele necesare proliferării (înmulțirii) este folosită pentru menținerea stabilă a succesului adaptativ al grupului; fenotipurile celulelor din acel grup tumoral (caracteristici topologice; în cancer, se poate spune „reflectarea în caracteristici fizice a expresiei genelor care conferă rezistență”) sunt menținute omogene. Tocmai această omogenitate este valorificată, iar numărul celulelor care supraviețuiesc bombardamentelor asupra grupului tumoral alcătuit din celule cu fenotipuri similare este redus la minimum.

Această metodă reduce leziunile celulelor sănătoase. De asemenea, împiedică celulele canceroase să urce treptele evoluției și, indirect, să dobândească rezistență după rezistență. În consecință, fiind necesară și o doză mai mică de chimioterapie pentru aceste celule, menținerea redusă a dozei care ar afecta și celulele sănătoase reduce la minimum energia păstrată de celulele canceroase pentru sisteme precum proliferarea și pomparea otrăvurilor și, în cel mai bun caz, împiedică reapariția cancerului.

Totodată, imunoterapia și tratamentele oncologice care vizează ținte genetice au redus, prin dezvoltarea lor, interesul pentru aplicațiile chimioterapiei adaptive.

Concluzie

Cancerul este una dintre bolile cu cea mai rapidă evoluție, iar evoluția sa este la fel de rapidă pe cât de intense sunt presiunile evolutive exercitate asupra lui. În afara terapiei, această presiune depinde în mare parte de factori naturali de mediu și genetici. Când acești factori sunt clarificați în lumina Teoriei Evoluției, descoperim și continuăm să descoperim metode prin care putem crește eficacitatea terapiilor disponibile.