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Hacia la integración de los fenómenos de proliferación celular, carcinogénesis y neoplasia en el marco de la BiologíaUna proporción asombrosa de grandes conceptos y teorías nuevas está basada en datos que ya se conocían desde mucho tiempo antes, pero que por alguna razón no habían sido integrados apropiadamente. Ernst Mayr (1982) The Growth of Biological Thought Harvard University Press, Cambridge, MA, p.852El más grave de todos los resultados de la hipótesis de la mutación somática ha sido el efecto que ejerció y ejerce sobre los investigadores. Actúa como un tranquilizante en aquellos que creen en ella, y esto en una época en que cada investigador debería sentirse aguijoneado una y otra vez por su ignorancia respecto de lo que es el cáncer. Peyton Rous (1959) Surmise and fact on the nature of cancer Nature 183: 1357-1361Este es un libro de conceptos, datos e interpretaciones. A lo largo de sus capítulos, nosotros hemos señalado que la comprensión de fenómenos biológicos muy básicos como el control de la proliferación celular y el cáncer ha sido obstaculizada por premisas que nunca se expresan claramente y por definiciones operacionales. Esperamos que este libro lo haya persuadido a usted, estimado lector, de la importancia de develar el significado de esas premisas ocultas o tácitas que los investigadores eligen, muchas veces inconscientemente, cuando diseñan sus experimentos y cuando interpretan sus datos. Aunque muchas veces no se puede prescindir de premisas no totalmente comprobadas, al menos sería una sana práctica identificar las mismas para conocer el terreno sobre el cual basamos nuestras conclusiones. Ideología, suposiciones tácitas y definiciones operacionalesSegún el físico Steven Weinberg, la utilidad de la filosofía de la ciencia para los científicos es similar a la utilidad de la teoría aerodinámica para los pájaros. Nosotros no sabemos si esta actitud es ventajosa o no para la investigación de las Ciencias Físicas. Pero estamos convencidos de que para las Ciencias Biológicas, este olvido de la filosofía, que está muy extendido entre los investigadores, ha causado enormes problemas porque, aunque no seamos conscientes de ello, todo diseño experimental está influenciado por ideología y epistemolgía.Ideología En muchos colegios y universidades de Estados Unidos, los departamentos de biología están literalmente divididos en dos: por un lado, los departamentos de Biología Integradora y Evolutiva y por el otro, los de Biología Molecular. ¿Por qué está ocurriendo esta división? La razón hay que buscarla en el hecho de que muchos investigadores y docentes de Ciencias Biológicas adhieren a la idea del reduccionismo, sin ser, en general, conscientes de que están adhiriendo a una premisa con una determinada base ideológica y no a un hecho establecido. En efecto, el éxito del reduccionismo en aclarar muchos temas importantes de la biología (por ejemplo, la comprensión de cómo se codifica y trasmite la información genética y cómo se controla la expresión génica por señales ambientales) alentó a muchos a proclamar que todos los fenómenos biológicos podían ser reducidos a genes y a expresión de genes. Esta ideología prescinde de la organización jerárquica de la vida y produce la falsa impresión de que todas las preguntas y cuestiones biológicas se pueden responder, en definitiva, en términos del nivel jerárquico más bajo de complejidad biológica, es decir, en el nivel molecular de investigación. Para los que adhieren a esta ideología, toda la Biología es reductible a Biología Molecular y, por lo tanto, el gen se convierte en la unidad de todo, incluida la selección natural. De este modo, tanto la inteligencia, como la preferencia sexual, el tipo de comportamiento amable o violento, el cáncer y muchas otras enfermedades, pueden considerarse como caracteres Mendelianos. Muchos años atrás, François Jacob, uno de los pioneros de la revolución de la biología molecular, advirtió sabiamente sobre los peligros de esta actitud reduccionista. La vieja disputa de 200 años entre reduccionistas y organicistas parece haberse transformado en una total ruptura. John Taylor Bonner afirmó: Lo que es absolutamente desconcertante para mí, es por qué no se puede ser reduccionista y holista al mismo tiempo. Una respuesta a esta pregunta es que la ruptura no es meramente metodológica, sino ideológica. La ruptura se origina, por un lado, en el hecho de que los reduccionistas se niegan a reconocer el principio de la organización jerárquica en la naturaleza y por lo tanto, niegan la posibilidad de fenómenos emergentes. El reduccionismo estricto es determinista, lineal, no jerárquico, y propone que todas las cuestiones biológicas tienen que ser resueltas en el nivel molecular. Es cierto que existen investigaciones destinadas a comprender los mecanismos de control de la proliferación celular y la carcinogénesis desde una perspectiva organicista, pero su número es muy limitado, debido, al menos en parte, al hecho de que el pensamiento reduccionista está ampliamente extendido entre aquéllos que deciden qué tipo de investigación recibe apoyo económico. Por su parte, los biólogos que estudian el desarrollo orgánico, han elegido un enfoque ecléctico por el cual un razonamiento organicista utiliza las herramientas del reduccionismo [1]. Este ejemplo sugiere que la paradoja de Bonner todavía podría ser resuelta. Por último, como Dobzhansky señaló: Nada en Biología tiene sentido sino es a la luz de la evolución. Según Ernst Mayr, hay tres tipos de preguntas biológicas: qué, cómo y por qué. Las preguntas relativas al ¿qué? procuran respuestas descriptivas; la ciencia no puede prescindir de una sólida descripción de los hechos y hallazgos sobre cuya base se construyen las hipótesis y las teorías. En los últimos años, el término descriptivo ha tomado una connotación peyorativa y es utilizado por algunos científicos para minimizar la tarea de otros colegas (mi investigación es mecanicista, la suya es descriptiva). La investigación descriptiva es necesaria en todos los niveles de complejidad, a pesar de las protestas de aquellos que trabajan en Biología Molecular, que piensan de otro modo. Las preguntas relativas al ¿cómo? se refieren a la función del organismo en todos los niveles jerárquicos de complejidad. Por último, las cuestiones relativas al ¿por qué? procuran integrar los datos desde una perspectiva evolutiva [2]. Todos los fenómenos biológicos se someten o deberían ser sometidos a este análisis. Definiciones operacionalesEl biólogo utiliza definiciones operacionales por necesidad ya que al investigar va penetrando en una caja negra cuyo contenido real difícilmente pueda adivinar. Cuando exploramos un fenómeno, hay mucho más en él de lo que el ojo puede observar. No obstante, cuando algo se introduce en la caja negra y produce un efecto, es antropocéntricamente interpretado como un estímulo, un inductor o un regulador positivo. Por otro lado, si lo que se introduce en la caja negra impide la aparición de un fenómeno determinado que habría tenido lugar sin su intervención, entonces, el modificador se convierte en un agente bloqueante, factor represor o regulador negativo. Este uso es aceptable en la medida que reconozcamos que se trata de definiciones operacionales que no revelan, necesariamente, la última causa del fenómeno. Supongamos, por ejemplo que el estímulo sea EPO. El efecto observado de esta hormona es aumentar el número de eritrocitos en la sangre y, por lo tanto podríamos definirla operacionalmente como un estímulo o un regulador positivo. Pero el hecho de considerarla un estímulo en el sentido operacional no nos autoriza a ir más allá y considerarla como un verdadero factor de crecimiento eritrocítico. De hecho la investigación ulterior nos reveló que EPO no incrementa el número de eritrocitos a través de una estimulación directa de la proliferación celular sino inhibiendo la muerte de los progenitores de los glóbulos rojos. Es decir, EPO es, en realidad, un factor de sobrevida, aunque todavía hoy, muchos lo consideran y lo clasifican como un genuino factor de crecimiento. En conclusión, los procesos por los cuales los llamados factores de crecimiento y los oncogenes han ocupado el rol de actores prominentes en las áreas del control de la proliferación y la oncología, representan ejemplos de libros de texto de errores conceptuales graves que tuvieron su origen en definiciones operacionales aparentemente inofensivas. La universalidad de la proliferación como el estado innato de todas célulasLos primeros procariontes aparecieron sobre la Tierra hace aproximadamente 4.000 millones de años. Por su parte, unos 900 millones de años atrás, los primeros eucariontes evolucionaron a partir de progenitores procariontes; un paso evolutivo que involucró la conservación de los niveles pre-existentes de organización y la emergencia de otros de mayor complejidad. ¿Qué les ocurrió a estos seres previamente libres a convertirse en parte de nuevos y más complejos organismos? ¿Por qué ellos renunciaron a su autonomía y por qué las nuevas estructuras de las que formaron parte se fijaron evolutivamente? Al comienzo de este nuevo orden simbiótico, los viejos procariontes que habían sido incorporados en las nuevas formas de vida deben haber ganado versatilidad al tiempo que retenían su capacidad para propagarse como parte del nuevo organismo [4]. Es verosímil que, en su origen, hayan existido conflictos entre las organelas auto-replicantes intracelulares y entre ellas y su hospedador. Si la tasa de proliferación de una determinada organela (por ejemplo, mitocondria) hubiera afectado la sobrevida de la célula eucarionte que la albergaba, el organismo como un todo y la organela en particular, habrían perdido su capacidad para propagarse. Por lo tanto, la evolución de estos eucariontes debe haber involucrado la pérdida de una unidad de selección. Por ejemplo, una porción del ADN de la organela pudo haberse incorporado al ADN nuclear y, de este modo, hacerse interdependiente con la duplicación de éste.Los primeros organismos multicelulares surgieron aproximadamente 200 millones de años después de la aparición de los primeros eucariontes unicelulares sobre la Tierra. Se acepta que en los últimos 600 millones de años, el plan corporal de los metazoos no cambió esencialmente, mientras que sí lo hizo el de las plantas. Se ignora el motivo por el cual este plan se fijó tan rápidamente entre los metazoos, aunque puede especularse que la segregación de la línea germinal entre los mismos, pudo haber impuesto restricciones que limitaron nuevas opciones de organización general para sus cuerpos.La evolución de organismos multicelulares a partir de eucariontes unicelulares también involucró la conservación de niveles pre-existentes de organización. La capacidad para auto-replicación de las células de los multicelulares debe haber permanecido inalterada. La evidencia que apoya esta conclusión se basa en el hecho de que los organismos multicelulares se desarrollan a partir de una sola célula (huevo o cigoto) que en muchas especies comienza su desarrollo fuera del organismo parental.La homología virtualmente total entre la maquinaria replicativa de las levaduras y de las células humanas sugiere que el proceso de replicación celular en los eucariontes ha permanecido constante a través de la evolución. Como los organismos unicelulares de los cuales ellos han evolucionado, los organismos multicelulares se multiplican mientras existan nutrientes en el ambiente donde viven. Lo que cambió, y fue convirtiéndose en el núcleo del proceso de selección natural, fue la habilidad de sus células para expresar diferentes fenotipos dictados por el programa de desarrollo de cada organismo multicelular [3]. En efecto, a medida que los organismos se desarrollan a partir de una sola célula, la materialización de un plan corporal de organización está asociada con la cooperación de las células en el fenómeno de inducción y en la coordinación de la actividad proliferativa de cada linaje celular, como precondición para asegurar un desarrollo armónico y sustentable del organismo.Los metazoos (reino animal) como las metafitas (reino vegetal), conservaron las propiedades de sus ancestros unicelulares, pero incorporaron propiedades nuevas consideradas emergentes, tales como la comunicación entre las células y la emergencia inversa, propiedades según las cuales el organismo impone controles sobre sus partes. En los organismos multicelulares hay ciertamente células quiescentes. Sin embargo no hay razón para creer que esta quiescencia es un estado innato adquirido o emergente de estos organismos., en lugar de ser la consecuencia de mecanismos regulatorios impuestos sobre tipos celulares específicos. La idea, ampliamente extendida, de que la quiescencia es el estado innato de las células de los metazoos, nunca ha sido adecuadamente demostrada ni por argumentos ni por datos experimentales. No obstante, hasta hoy, ha sido aceptada como un dogma.¿Cómo los organismos podrían haber resignado la propiedad fundamental de auto-replicación? Si, por el peso de los argumentos, uno se viera forzado a admitir que la quiescencia es el verdadero estado innato de las células de los metazoos, nos enfrentaríamos a un serio problema conceptual comoquiera que la línea germinal de estos animales debería, obligatoriamente, mantener la habilidad para auto-replicarse, como la condición sine qua non de la vida. Si se argumentara que sólo las células somáticas perdieron esa capacidad, debería poder explicarse cómo, cuándo y por qué se ha producido tan trascendental cambio en el curso de la evolución. Por otro lado, existen dos argumentos que favorecen la idea de que la proliferación se ha conservado, en el curso de la evolución, como el estado innato de todas las células. En primer lugar, el genoma es similar en todas las células de un metazoo y, en condiciones experimentales, se ha demostrado que el núcleo de una célula somática implantado en un ovocito enucleado, puede dar origen a un organismo adulto completo. En segundo lugar, no sólo las células somáticas sino también las células germinales pueden ver restringida su capacidad proliferativa como resultado de la acción de mecanismos de control de la proliferación celular, como se ha observado cuando la ovogénesis y la espermatogénesis entran en períodos de inactividad (dormancy?) durante ciertos estados de desarrollo. Si su capacidad innata para proliferar no fuera limitada por un control organísmico, su proliferación exponencial destruiría el organismo entero.En una palabra, nuestra propuesta podría ser interpretada como un esfuerzo para ubicar conceptualmente el estado innato de las células en un status quo ante. Es decir, creemos que lo que ha surgido como novedad entre los metazoos no ha sido el cambio de estado innato (de proliferación a quiescencia) sino la aparición de señales que inhiben la proliferación celular aun cuando la oferta de nutrientes hubiera permitido la proliferación de esas células. Es paradójico que no haya habido intentos serios para investigar y eventualmente cuestionar, la premisa antropocéntrica de la quiescencia como el estado innato de los metazoos porque nuestra re-interpretación de los datos en un tema tan central como éste para el concepto de la vida, no tiene sólo un interés académico. En efecto, desde un punto de vista médico, por ejemplo, las consecuencias de un cambio de paradigma afectarán ciertamente nuestras ideas sobre el origen y también sobre el tratamiento del cáncer. Precursores de la teoría de campo de la organización tisularNeedham [5], Waddington [6] y Orr [7] postularon que el desarrollo neoplásico era el resultado de una falla en las normales interacciones que ocurren en los campos morfogenéticos. Esta idea fue abandonada debido, al menos, a tres razones. La primera fue el ascenso irresistible de la genética estimulado por Morgan y sus continuadores utilizando una retórica destinada a desacreditar los campos morfogenéticos como conceptos míticos [8]. La segunda razón fue la creciente popularidad de la teoría de la mutación somática como explicación casi exclusiva y excluyente de la carcinogénesis. La tercera razón fue la interpretación de los datos experimentales en el sentido de que los campos morfogenéticos presentes durante la embriogénesis, desaparecían en los animales adultos, aunque ahora se sabe, a partir de experimentos de recombinación de tejidos, que las interacciones entre las células y entre el estroma y el parénquima operan como mecanismos de homeostasis orgánica y tisular también en los organismos adultos. [9, 10]. . Las tres razones impidieron considerar seriamente a los campos morfogenéticos como el sustrato de la carcinogénesis.Rubin propuso una moderna versión del concepto de los campos morfogenéticos como un sustrato de la carcinogénesis. En sus propias palabras: El cáncer puede ser inducido experimentalmente alterando las relaciones homeostáticas normales entre las células. La perturbación puede involucrar las relaciones existentes en el nivel organísmico, tisular o celular. Una vez que las fuerzas que mantienen el orden normal son perturbadas, las células afectadas expresarían su innata tendencia a la heterogeneidad (en lo que respecta a expresión de marcadores, tamaño, habilidad para proliferar, etc.) lo que a su vez exacerbaría la perturbación inicial como un mecanismo de retroalimentación positiva, lo que explicaría el fenómeno de progresión observado durante el crecimiento de un tumor? [11]. El punto de vista de Rubin es el más próximo a la teoría de campo de la organización tisular de la carcinogénesis. No obstante, de acuerdo al criterio positivista de Rubin, sólo los datos observables deberían ser introducidos en una descripción de los fenómenos, prescindiendo de la referencia a premisas que no pueden ser probadas. En este punto, su interpretación difiere de la nuestra, que considera fundamental a la premisa no demostrada, pero tampoco refutada - según la cual el estado innato de todas las células es la proliferación. Cuando las células son disociadas, se liberan de las restricciones organísmicas que las compelen a expresar un determinado fenotipo y reasumen su innata capacidad para proliferar y expresar nuevos fenotipos, entre ellos, su constitutiva habilidad para migrar.Sobre cambios de paradigmasAl analizar la historia de la teoría celular, Bechtel llamó la atención al hecho de que aun después de que Remak describió la acumulación de nuevas células en el huevo de ranas, como el resultado directo de la división celular, la sugerencia de Schwann-Schleiden de que las células aumentaban su número por un proceso análogo al de la cristalización, siguió siendo, por varios años, la idea dominante [12]. La persistencia de la teoría de la mutación somática de la carcinogénesis, a pesar de la significativa evidencia que se ha acumulado en contra de ella y de la existencia de teorías alternativas para explicar los datos experimentales, es otro claro ejemplo de que el rechazo de una teoría no se basa, o al menos no se basa solamente, en la existencia de datos experimentales que la contradigan.Como se señaló en el Capítulo 7, las predicciones sobre el momento en que la teoría de la mutación somática finalmente colapsaría no han sido hasta hoy muy afortunadas a pesar de la calidad de los argumentos presentados y de la reputación científica de aquéllos que formularon esas predicciones. En realidad, es posible que no sólo evidencias científicas sino también factores sociales de la más diversa naturaleza tengan que amalgamarse para persuadir a los científicos a buscar otros paradigmas y emprender otras líneas de investigación distintas de las que hasta ese momento eran aceptadas tácitamente por la mayoría. El surgimiento de un nuevo Zeitgeist (espíritu de la época) que afecta todas las esferas de la sociedad, ha sido a veces precipitado por una crisis desencadenada en una particular área del conocimiento. Nosotros hemos presentado en este libro la teoría de campo de la organización tisular, que representa una síntesis entre la hipótesis negativa del control de la proliferación celular y la teoría del campo morfogenético de la carcinogénesis.Una perspectiva integradora del control de la proliferación celular y la carcinogénesisEn la Tabla 1, comparamos diferentes premisas adoptadas por la teoría de la mutación somática y la teoría de campo de organización tisular, para explorar los mecanismos de control de la proliferación celular y la carcinogénesis. La teoría de la mutación somática está basada en la proposición de que la quiescencia es el estado innato de las células en los metazoos, que la carcinogénesis ocurre en el nivel celular/sub-celular de complejidad biológica, y que las neoplasias se originan a partir de una sola célula. Para los defensores de esta teoría, la principal característica de las neoplasias es un control alterado del número de células de un tejido debido a un defecto primario en los mecanismos de control de la proliferación, muerte y diferenciación celular. De este modo, las mutaciones somáticas que supuestamente inician el proceso de carcinogénesis son mutaciones en genes relacionados con el efecto de factores de crecimiento (sus receptores, las diferentes vías de trasmisión de señales) o la maquinaria del ciclo celular (ciclinas, oncogenes celulares, etc.), o en genes asociados a la muerte celular, y aquéllos que forman parte del programa madurativo de cada linaje celular particular. Hay, en realidad, pocos genes que podrían dejarse de lado en esta lista.Por otra parte, la teoría de campo de organización tisular está basada en la premisa según la cual, el estado innato de todas las células es la proliferación y que la carcinogénesis tiene lugar en el nivel tisular de complejidad biológica. En el contexto de esta teoría, tienen que ser reconsiderados todos los elementos que, de acuerdo a la teoría de la mutación somática, eran percibidos como relevantes para la carcinogénesis. Primero, resulta irrelevante invocar como blanco de los carcinógenos a genes que codifican factores que estimulan la entrada de las células al ciclo celular (factores de crecimiento, oncogenes, etc.). Segundo, la caracterización de señales que inhiben la proliferación celular deberían pasar a ser el centro de atención de los programas de investigación de los mecanismos de control de la proliferación celular. Finalmente, si se asume que la carcinogénesis tiene lugar en el nivel tisular de organización, tanto los denominados oncogenes como los genes supresores de tumor, ya no deberían ser considerados como causas de la carcinogénesis porque ellos operan al nivel celular/sub-celular de organización, en el cual ambos tipos de genes participarían en la secuencia ordenada de eventos que tienen lugar durante el ciclo celular.El impacto de nuestra re-evaluación de los datosLas teorías que hemos propuesto en este libro permiten abrir grandes líneas de investigación biológica que, hasta hoy, no han sido exploradas en profundidad. En primer lugar, sugerimos desarrollar un programa de estudio destinado a definir con precisión los requerimientos nutricionales de las células de los metazoos y a determinar cuáles de esos nutrientes están presentes en el suero. Dado que la mayoría de las células no puede ser propagada in vitro en medios de cultivo sin suero, una consecuencia sumamente importante de este programa es que permitirá determinar experimentalmente, cuál es el verdadero estado innato de las células de los metazoos. En segundo lugar, mientras este programa se realiza, la adopción de la proliferación como el estado innato de todas las células, nos fuerza, automáticamente, a focalizar nuestro estudio de los mecanismos de control de la proliferación celular en la búsqueda de señales negativas, es decir, inhibidores, sean éstos de naturaleza endocrina, o restringidos a la comunicación entre células adyacentes, entre las células y su matriz extracelular o entre el parénquima y el estroma. En tercer lugar, la exploración de la teoría de campo de la organización tisular de la carcinogénesis utilizando los conceptos y las herramientas metodológicas que los embriólogos han usado para estudiar los campos morfogenéticos, llenará finalmente la aspiración de introducir el estudio de la carcinogénesis en el amplio contexto de la biología. Eventualmente, este programa definirá dónde y cómo los carcinógenos afectan el campo de organización tisular para inducir la aparición de neoplasias en la sociedad ordenada de las células. Y finalmenteComo puede recordar, estimado lector, nosotros señalamos en el Prefacio que, mientras usted estaba hojeando las páginas de este libro, muchas de sus células estaban proliferando activamente mientras que un número similar, o aun mayor, permanecía en reposo, y aun había otras, que morían, siguiendo un tranquilo camino de muerte programada. Hoy creemos haber alcanzado un hito en el periplo intelectual iniciado hace casi 170 años, cuando Dumortier presentó su primera versión de la teoría celular. Hace poco más de un siglo, los investigadores adoptaron la teoría de la mutación somática para explorar la carcinogénesis y, durante los últimos 50 años, la quiescencia ha sido considerada el estado innato de las células de los metazoos. Estas opciones han sido ampliamente exploradas, pero hasta hoy, no han conseguido develar los mecanismos que rigen el control de la proliferación celular ni el desarrollo de las neoplasias. En este libro hemos hecho un análisis crítico de los datos experimentales acumulados a lo largo de los años. Como resultado de este estudio, hemos propuesto teorías alternativas para explicar el control de la proliferación celular y la carcinogénesis, dos temas fundamentales de la biología, y también hemos diseñado estrategias para ayudarnos a transitar los desafíos que tenemos por delante. Las opciones son estas: continuar consumiendo el tranquilizante que nos provee la teoría de la mutación somática - aludido por Peyton Rous 50 años atrás -, adoptar las alternativas propuestas en este libro, o volver a empezar para encontrar nuevas opciones. La elección es de ustedes..____________________________________________________________________________________________________________________________________________