La investigación biomédica en laboratorio se apoya en estudios realizados en cultivos celulares, fundamentales para comprender el comportamiento celular en patologías específicas y su respuesta a moléculas terapéuticas.

Hasta ahora, gran parte de la investigación sobre el comportamiento celular se ha realizado en cultivos celulares sobre placas de plástico. Sin embargo, investigaciones recientes sugieren que los cultivos tridimensionales de células, donde la matriz extracelular y los contactos célula-célula están presentes, pueden reproducir de manera más fiel las condiciones fisiológicas en las que crece el tumor. Además, algunos estudios indican que estos cultivos en tridimensionales podrían arrojar resultados distintos a los obtenidos hasta ahora, lo que potencialmente podría modificar nuestro conocimiento actual.

En esa línea se expresa un estudio dirigido por investigadores del Instituto de Biología Molecular de Barcelona (IBMB) del CSIC, publicado recientemente en la revista EMBO J. En el trabajo se compara el comportamiento de células T47D de cáncer de mama en dos condiciones: en cultivos en monocapa o 2D y como esferas 3D en una matriz de gel.

El trabajo está liderado por Guillermo P. Vicent, investigador del IBMB-CSIC, y tiene como coautoras a las investigadoras del IBMB-CSIC Rosario Sanz, Marta Valverde, y Judith García Garcia. También ha participado el equipo liderado por Miguel Beato, del Centro de Regulación Genómica (CRG) de Barcelona.

Según Guillermo P. Vicent, líder del estudio, al analizar ambos tipos de cultivos, observaron que el núcleo de las células en cultivos 3D era más esférico y que la cromatina (material genético dentro del núcleo) estaba más compactada y era menos accesible que en las células cultivadas en placas de plástico. Además, en los cultivos en 3D, alrededor de 2.000 genes mostraron una expresión diferencial respecto a los cultivos en 2D, siendo la mayoría de estos genes silenciados.

La vía Hippo, activada sólo en los cultivos 3D

Asimismo, se observaron diferencias en la señalización celular. La vía Hippo estaba más activada en las células en cultivos esferoides en comparación con las células en cultivos en monocapa. Este descubrimiento es relevante, dado que investigaciones previas han vinculado la vía Hippo con la formación de tumores y el desarrollo del cáncer.

Se ha descrito que la vía Hippo actúa como un sensor de la rigidez del entorno celular. Tal como explican los investigadores, esta rigidez es más pronunciada en los cultivos celulares en 2D, lo que inhibe la vía Hippo, y es considerablemente menor en los cultivos esferoides, lo que la activa.

Al activarse la vía Hippo, se desencadena una serie de procesos en los que interviene la quinasa LATS1, que provocan la expulsión de la proteína YAP del núcleo celular y su posterior degradación en el citoplasma (que envuelve el núcleo celular). Como resultado, la célula responde de manera más efectiva a las hormonas, específicamente a la progesterona, aumentando la expresión de genes regulados y una mayor unión del receptor de progesterona.

Sin embargo, en los cultivos en placa 2D, la vía Hippo no está activada, lo que significa que ni la quinasa LATS1 se activa ni la proteína YAP sale del núcleo celular. Esto resulta en una menor respuesta hormonal en las células. El dato crucial es que cuando los investigadores eliminaron la proteína YAP del núcleo celular en las células 2D, estas mostraron un comportamiento similar al de las células en 3D, con un aumento en su respuesta hormonal. Por lo tanto, las condiciones de cultivo influyen en el grado de respuesta a señales externas en células tumorales de mama a través de la regulación de la via Hippo.

Asimismo, la activación de LATS1 en los cultivos esferoides también indujo el desplazamiento de la proteína CTCF de la cromatina diana debido a su fosforilación. CTCF es una proteína estructural que desempeña una función crucial en la organización del genoma y opera en regiones específicas del ADN, que son clave para la expresión de genes regulados.

Estos hallazgos sugieren que las células cancerosas pueden comportarse de manera diferente en un entorno tridimensional, lo que podría influir en su respuesta a los tratamientos y su comportamiento en condiciones fisiológicas. Esto también indica la necesidad de tener una mayor precaución con los resultados obtenidos en cultivos 2D, y podría contribuir a esclarecer aspectos aún no resueltos de la vía Hippo-LATS.

Los resultados del estudio indican que las células tumorales mamarias pueden exhibir comportamientos distintos en un entorno tridimensional, lo que impactaría en su respuesta a los tratamientos farmacológicos y su papel en el organismo. Todo ello cuestionaría algunos de los resultados obtenidos hasta la fecha en células cultivadas en monocapa.

Sin embargo, como señala Guillermo P. Vicent, las diferencias encontradas entre cultivos 2D y 3D fueron menores de lo esperado, especialmente en lo que respecta a la estructura del genoma. "Para extender nuestras conclusiones, será necesario realizar investigaciones con mayor resolución, empleando otras líneas celulares y, especialmente, comparándolas con xenoinjertos derivados de pacientes (conocidos como PDXs en inglés), considerados los sistemas más fiables para representar la fisiología tumoral", concluye.