El propósito de este proyecto de investigación es proponer, analizar y validar una familia de modelos matemáticos para contribuir al entendimiento, detección temprana, prevención y tratamiento de enfermedades epiteliales complejas, tales como los carcinomas, las atopías, y las infecciones de mucosas. Estas patologías afectan gravemente nuestro país, pues: (1) Se desconocen sus causas, aunque se les han asociado diversos factores de riesgo; (2) Empeoran gradualmente, de etapas tempranas de difícil diagnóstico a tardías asociadas a síntomas severos y tratamientos costosos; y (3) Los tratamientos frecuentemente conllevan efectos secundarios no deseados.
En esta línea de investigación, se propone abordar el estudio de estas enfermedades epiteliales complejas desde una perspectiva multidisciplinaria, de biología de sistemas. Específicamente, en mi grupo de trabajo se construirán y analizarán modelos matemáticos con sistemas dinámicos no lineales a partir de datos experimentales provenientes de mis colaboradores actuales (Instituto Nacional de Salud y Nutrición Salvador Zubirán; Instituto de Fisiología Celular, UNAM; CINVESTAV; RIKEN y Universidad de Osaka) y de nuevas redes de colaboración dentro del Instituto de Investigaciones Biomédicas de la UNAM. Al integrar los enfoques teórico-matemáticos de mi grupo de trabajo con los clínico-experimentales de mis colaboradores, esta perspectiva dinámica, sistémica y cuantitativa nos permitirá caminar juntos hacia entender los mecanismos que subyacen en la aparición y progresión de diversos procesos patológicos complejos que afectan tejidos epiteliales, así como diseñar estrategias de detección temprana, prevención y reversión de estas enfermedades.
El propósito de este proyecto es contribuir al entendimiento, detección temprana, prevención y tratamiento enfermedades epiteliales complejas, tales como los carcinomas, las atopías y las infecciones de mucosas. Se trata de patologías que afectan gravemente nuestro país, pues:
(1) Se desconocen sus causas, aunque se les han asociado diversos factores de riesgo;
(2) Empeoran gradualmente, de etapas tempranas de difícil diagnóstico a tardías asociadas a síntomas severos y tratamientos costos; y
(3) Los tratamientos frecuentemente conllevan efectos secundarios no deseados.
Abordaremos el estudio de estas enfermedades epiteliales complejas desde una perspectiva multi-disciplinaria de biología de sistemas. Específicamente, nuestra metodología consiste en:
1) Proponer, validar y calibrar modelos matemáticos de tejidos epiteliales afectados en patologías como la dermatitis atópica, la tuberculosis, el cáncer de mama, la psoriasis, la colitis y la COVID-19 (epitelios estratificados, glandulares y simples). Para ello, utilizaremos teorías de control y de sistemas dinámicos no lineales.
2) Determinar el efecto de diferentes combinaciones de factores de riesgo genéticos y ambientales sobre el proceso patológico. Para ello, analizaremos el modelo matemático utilizando herramientas teóricas y computacionales provenientes teoría de bifurcaciones, de catástrofes y de perturbaciones.
3) Proponer métodos de detección temprana de procesos patológicos que afectan tejidos epiteliales. Para ello, caracterizaremos los estadios patológicos pre- clínicos y de difícil diagnóstico, por medio de simulaciones estocásticas de los modelos matemáticos.
3) Diseñar, optimizar y personalizar estrategias terapéuticas para frenar o revertir procesos patológicos en tejidos epiteliales. Para ello, emplearemos algoritmos de optimización y de control adaptativo.
Al integrar enfoques teórico-matemáticos y clínico-experimentales, esta novedosa perspectiva dinámica, sistémica y cuantitativa nos permitirá contribuir a entender los mecanismos que subyacen la aparición y progresión de diversos procesos patológicos complejos que afectan tejidos epiteliales, y a como diseñar estrategias de detección temprana, prevención y reversión de estas enfermedades.
Con ello, pretendemos dar respuesta a las siguientes preguntas:
(1) ¿Qué modelos matemáticos (formalismo, ecuaciones y valores paramétricos) representan las redes de regulación que controlan el correcto funcionamiento homeostático de la epidermis, el parénquima hepático y el de mama, y el epitelio intestinal?
(2) ¿Qué perturbaciones pueden detonar diferentes procesos patológicos que afectan los tejidos epiteliales?
(3) ¿Qué mecanismo subyace la progresión patológica gradual de los epitelios?
(4) ¿Con qué marcadores dinámicos y estadísticos es posible identificar clínica- o experimentalmente las fases asintomáticas y de difícil diagnóstico del proceso patológico?
(5) ¿Qué dosis, duración y tipo de tratamientos es suficiente para prevenir o revertir el proceso patológico en un paciente en particular?
Así, los resultados derivados del planteamiento y análisis de nuestros modelos podrán tener un efecto directo sobre la toma de decisiones en el sector salud (por medio de sugerencias para mejorar las técnicas de detección temprana y tratamientos) y el avance de ciencia básica (integración y análisis de datos experimentales y diseño de nuevos experimentos con base en las predicciones de los modelos matemáticos).