descubrimiento de fármacos contra el cáncer

Un forense llega a la escena del crimen y toma huellas dactilares. Los relojes epigenéticos funcionan igual: a partir de las marcas químicas del ADN determinan cuánto ha envejecido una célula. El tumor deja sus propias «huellas», y casi siempre estas hablan de decrepitud.

En un hígado fibrótico ocurre algo parecido a lo que sucede en una ciudad tras un asedio prolongado: surgen barrios donde la vida se ha detenido. En lugar de células que trabajan hay tejido cicatricial, y dentro de él se esconden macrófagos senescentes.

Un superconductor es un material que conduce la corriente sin pérdidas, como el agua que fluye por una tubería perfectamente lisa. En los superconductores de cobre, las diminutas adiciones de oxígeno funcionan como un control de volumen: un poco más, y el material comienza a superconducir; un poco menos, y deja de hacerlo.

Cuando el azúcar cae en el té, se disuelve. Pero, ¿por qué no vuelve a precipitarse? Todo se debe al potencial químico, una magnitud que indica cuán "conveniente" es para una sustancia encontrarse en un lugar y estado determinados. Para una sustancia pura es fácil de calcular, pero para una mezcla de varios componentes es un verdadero rompecabezas.

La radioterapia es un golpe dirigido contra el tumor, pero cada disparo debe calibrarse al milímetro y a la fracción de segundo. El problema es que los dosímetros existentes son voluminosos, distorsionan el haz o requieren pausas para la lectura.

El haz de protones es como una bala de francotirador: libera la mayor parte de su energía en un punto muy concreto, apenas dañando los tejidos a su paso. Pero durante las 4–6 semanas de tratamiento de tumores de cabeza y cuello, el objetivo se desplaza: el paciente pierde peso, el tumor se encoge y la postura cambia. El francotirador apuntaba a un lugar, pero el blanco ya se ha movido.

Los genes son como casas en una ciudad: en algunas hierve la vida, en otras reina el silencio. Este 'paisaje' genético urbano fue analizado en mil mujeres con cáncer de mama.

En cualquier proyecto urbano, el comportamiento de los habitantes es una fuerza invisible de la que depende el éxito. Un vecino indeciso puede retrasar la instalación de paneles solares en toda una manzana: su cautela desencadena un aumento del desorden.

Las imágenes médicas son mapas de densidad tisular. El brillo de cada punto revela qué se encuentra en ese lugar, de forma similar a como la fotometría mide la intensidad de la luz. Pero los algoritmos convencionales analizan los puntos uno por uno, lo que provoca que los contornos de los órganos aparezcan dentados.

Cada tumor escribe su propia cosmología. Sus células son galaxias y las mutaciones, estallidos estelares que marcan las ramas de su árbol genealógico. La clave de esta historia está en el ritmo de acumulación de erratas genéticas.

Durante mucho tiempo, identificar fases cuánticas era como interrogar a un testigo: había que acceder a cada rincón del sistema para arrancarle su secreto. En la época de Landau, el orden se asociaba con la ruptura de simetría y un parámetro local, todo a la vista.

DFTB es un tren de alta velocidad en el mundo de la química cuántica: cientos de veces más rápido que el DFT clásico, pero aún sobre rieles electrónicos. Sin embargo, su motor — la autoconsistencia iterativa de cargas — a veces se asemeja a una orquesta donde cada instrumento comienza con una nota arbitraria.

El radiólogo escruta las manchas grises y blancas en la pantalla: decenas de cortes del cuerpo donde hay que encontrar cada punto sospechoso. La segmentación manual de un solo paciente lleva media hora, y en una clínica grande hay cientos de pacientes.

El tractor traza un círculo perfecto sobre el rastrojo. En ese mismo instante, su sombra digital —una copia virtual exacta— repite la maniobra en la pantalla de una computadora, con una divergencia de solo un pequeño porcentaje respecto al original.

La célula se parece a una biblioteca donde cada día se copian miles de libros. Las máquinas moleculares —polimerasas y ribosomas— se deslizan a lo largo de la cadena plantilla y ensamblan una copia, eslabón por eslabón. Estas máquinas tienen varios estados: pueden frenarse, equivocarse o cambiar de modo.

Una gran orquesta sinfónica toca, pero cada grupo de instrumentos lleva su propia parte sin escuchar a los demás. Los violines interpretan la melodía del corazón, los violonchelos el ritmo del hígado y los vientos el pulso del cerebro. Suena disperso, aunque por separado las partes sean impecables.

Buscar la molécula adecuada entre miles de millones de opciones es como buscar un grano de arroz en un saco lleno. Para no revisarlo todo a mano, los químicos recurren cada vez más a las redes neuronales. Pero los modelos grandes requieren ordenadores potentes, y a los pequeños a menudo les falta visión de conjunto.

Un fontanero desatasca una obstrucción en una tubería estrecha y retorcida, a tientas, sin ver el interior. Así se siente más o menos un cirujano durante una trombectomía mecánica (la operación para extraer un coágulo de sangre de un vaso cerebral). El tiempo apremia y cada movimiento puede salvar a la persona o dañar la pared del vaso.

Un garaje enorme con cientos de plazas de aparcamiento. Llegas en un cochecito diminuto —la molécula del futuro fármaco— y quieres encontrar el único hueco libre donde encaje perfectamente. Solo que estos huecos no son de hormigón, sino que están tejidos con cadenas de ADN o ARN, y las reglas de aparcamiento no están escritas en ninguna parte.

Un tomógrafo de rayos X se parece a un carpintero que examina un tronco desde todos los lados para ver si tiene huecos. Toma decenas de imágenes planas en sombra, girando la fuente y el detector alrededor del objeto. Luego, un programa "ensamblador" une esas sombras en un modelo tridimensional.

La bombilla se enciende solo en la habitación adecuada. Así funcionan aproximadamente los fármacos fotoactivables: se "encienden" únicamente donde se dirige la luz y no tocan el resto del organismo. Esto es especialmente importante en el tratamiento del cáncer: la quimioterapia convencional golpea a todas las células en división por igual, causando graves efectos secundarios.

Dos especialistas observan la misma imagen de una mama. Uno es un médico experimentado; el otro, un programa de inteligencia artificial. A veces sus opiniones coinciden, a veces divergen. De la frecuencia con la que se ponen de acuerdo depende la precisión con la que, juntos, distinguen el tejido sano del tumor.

El equipo de rayos X recorre el seno en un arco y toma varias imágenes desde diferentes ángulos. A partir de estos fotogramas planos, la computadora construye una imagen tridimensional, como si se ensamblara un mosaico a partir de sus piezas. Pero si las piezas del mosaico están arrugadas o manchadas, la imagen sale borrosa.

El aire caliente sobre el asfalto tiembla, delatando la superficie recalentada. De manera similar funciona un termógrafo médico: la piel sobre un tumor suele estar un poco más caliente que la sana, apenas unas décimas de grado. Detectar esa diferencia y saber si es peligrosa es lo que intentan los programas informáticos.

Dos cerraduras casi idénticas se abren con la misma ganzúa. Por fuera parecen iguales, pero por dentro el mecanismo es distinto. Así se ven los dos principales tipos de cáncer de pulmón de células no pequeñas: el adenocarcinoma y el carcinoma de células escamosas. Al microscopio se pueden confundir, pero el tratamiento que requieren es diferente.

Una película delgada para una batería solar o una pantalla es como una multitud apretada en una plaza: cada persona está girada hacia un lado, y de hacia dónde miran todos depende si la luz atraviesa la multitud o se queda atascada. En la electrónica orgánica, el papel de los transeúntes lo juegan las moléculas.

Dentro de cada célula hay una red de finos tubos: los microtúbulos. Funcionan a la vez como andamios y como rieles: mantienen la forma de la célula y transportan cargas. Estos tubos están formados por la proteína tubulina y, de forma natural, brillan débilmente bajo la luz ultravioleta.

Dentro de una estrella en explosión, los neutrinos se precipitan tan densamente que empiezan a influirse mutuamente. Sus estados cuánticos se entrelazan, como hilos en una madeja apretada donde ya no se distingue cuál es de quién. Las computadoras ordinarias apenas pueden con semejante tarea, pues el número de estados posibles crece de forma avalancha.

Una radiografía es como una foto en la oscuridad: cuanto menos luz, peor se ven los detalles. Los médicos quisieron saber cuánto se puede atenuar la 'luz' en una tomografía computarizada (TC) sin pasar por alto una enfermedad. Para ello tomaron 50 pares de imágenes de tórax: una con dosis completa de radiación y otra con dosis baja.

Un tumor no crece como un árbol, sino como una ciudad: su aspecto actual está influido tanto por las obras de ayer como por los incendios de anteayer. Las ecuaciones habituales de crecimiento tumoral no tienen esto en cuenta: solo miran el momento presente, como si la ciudad se reconstruyera cada día desde cero.

El haz de iones de carbono golpea con precisión el tumor, como un cirujano que solo ve hasta la piel. Dentro del cuerpo, el haz se detiene, y dónde exactamente era antes un misterio. Ahora, al mismo haz se le añade helio: atraviesa el cuerpo por completo, como una radiografía, y por su rastro se ve a dónde llegó el carbono.

Un rayo cae sobre un hormiguero. Algunas hormigas mueren al instante, otras quedan aturdidas y, al cabo de unos días, las supervivientes empiezan a reconstruir los túneles.

La quimioterapia convencional afecta a todo el organismo, como un bombardeo de alfombra: sufren tanto las células cancerosas como las sanas. Los científicos buscan un arma más precisa: moléculas que brillan cuando se insertan en el ADN de una célula cancerosa, delatando así su ubicación.

Cuando se irradia un tumor en la cabeza o el cuello, los rayos también atraviesan tejidos sanos. A veces, el hueso de la mandíbula comienza a necrosarse después de esto, una complicación grave llamada osteorradionecrosis. La cuestión no es si ocurre, sino cuánto aumenta el riesgo la dosis de radiación por sí misma.

En una máquina de circulación extracorpórea, la sangre fluye a través de tubos estrechos y aspas de bomba que giran rápidamente. A veces los glóbulos rojos no aguantan: su membrana se rompe y la hemoglobina se vierte en el plasma. Para el paciente, es como si alguien echara arena en el sistema de combustible de un automóvil: los pequeños daños se acumulan y estropean todo el mecanismo.

Un tumor en el riñón crece como una mala hierba que ha aprendido a esconderse del jardinero. El sistema inmunitario —ese jardinero— simplemente no lo ve. Los médicos prueban distintos fármacos, pero la enfermedad se comporta de manera diferente en cada persona. Los autores del estudio han creado una copia informática de esta lucha.

Tratar el cáncer con un haz de protones es como disparar con arco: hay que dar en el blanco sin tocar nada alrededor. Los protones liberan su energía al final de su recorrido, por lo que los tejidos sanos apenas sufren. Pero para que el disparo sea seguro, cada plan de tratamiento se comprueba de antemano: se mide la dosis que recibirá el tumor y lo que les tocará a los órganos vecinos.

Una gota de sangre puede contar cómo se comporta un tumor en los pulmones. Los médicos ya habían notado que, cuando la enfermedad remite, algunos marcadores sanguíneos suben y otros bajan. Pero no lograban unir esos cambios en una imagen coherente.

La tomografía computarizada es como una radiografía que toma cientos de imágenes desde distintos ángulos y con ellas construye una imagen tridimensional del cuerpo. Pero cada imagen implica una pequeña dosis de radiación, y los médicos necesitan saber cuánta recibe cada órgano.

Cada célula es un diapasón en miniatura. Un fuerte pulso magnético la hace "sonar", y la atenuación de ese sonido depende de lo que hay dentro: viscosidad, densidad, composición. Un diminuto diamante con un defecto en su estructura funciona como un micrófono ultrasensible, captando los ecos magnéticos de células individuales.