Math can help uncover cancer's secrets | Irina Kareva

Translator: Paola Costa Reviewer: traduceTED USC

Son tradutora.

Traduzo da bioloxía ás matemáticas

e viceversa.

Deseño modelos matemáticos que,

I am a translator.

no meu caso, son sistemas de ecuacións diferenciais

I translate from biology into mathematics

para describir mecanismos biolóxicos

and vice versa.

como o crecemento celular.

I write mathematical models

Funciona, basicamente, do seguinte xeito.

which, in my case, are systems of differential equations,

Primeiro, identifico os elementos clave

to describe biological mechanisms,

que creo que están influíndo na conduta, nun tempo dado,

such as cell growth.

dun mecanismo concreto.

Essentially, it works like this.

Logo, formulo supostos

First, I identify the key elements

sobre a interacción destes elementos entre si

that I believe may be driving behavior over time

e no seu contorno.

of a particular mechanism.

Pode semellar algo así.

Then, I formulate assumptions

Despois, traduzo estes supostos a ecuacións

about how these elements interact with each other

que poden lucir así.

and with their environment.

It may look something like this.

Por último, analizo as miñas ecuacións

Then, I translate these assumptions into equations,

e traduzo os resultados en termos biolóxicos.

which may look something like this.

Un aspecto clave da modelización matemática

Finally, I analyze my equations

é que nós, como modeladoras, non pensamos en que son as cousas,

and translate the results back into the language of biology.

senón que fan.

Pensamos nas relacións entre individuos,

A key aspect of mathematical modeling

is that we, as modelers, do not think about what things are;

ben sexan células, animais ou persoas,

e como interactúan tanto entre si como no seu contorno.

we think about what they do.

We think about relationships between individuals,

Vouvos dar un exemplo.

whether they be cells, animals or people,

Que teñen que ver os raposos coas células inmunitarias?

and how they interact with each other and with their environment.

Ambos os dous son predadores,

Let me give you an example.

mais os raposos aliméntanse de coellos

What do foxes and immune cells have in common?

e as células aliméntanse de invasores como as células canceríxenas.

They're both predators,

Dende un punto de vista matemático,

except foxes feed on rabbits,

un sistema de ecuacións do tipo predador-presa cualitativamente igual

and immune cells feed on invaders, such as cancer cells.

describirá interaccións entre os raposos e os coellos

But from a mathematical point of view,

e entre o cancro e as células inmunitarias.

a qualitatively same system of predator-prey type equations

Os sistemas do tipo predador-presa estudáronse amplamente

will describe interactions between foxes and rabbits

na literatura científica

e describen interaccións entre dúas poboacións

and cancer and immune cells.

onde a supervivencia dunha supón o consumo da outra.

Predator-prey type systems have been studied extensively

Estas mesmas ecuacións ofrecen un contexto

in scientific literature,

describing interactions of two populations,

para entender as interaccións cancro-inmunoloxía,

onde o cancro é a presa

where survival of one depends on consuming the other.

e o sistema inmunitario é o predador.

And these same equations provide a framework

A presa artella todo tipo de recursos para evitar ser comesta polo predador,

for understanding cancer-immune interactions,

where cancer is the prey,

dende camuflarse

and the immune system is the predator.

até roubarlle a comida ao predador.

And the prey employs all sorts of tricks to prevent the predator from killing it,

Isto pode ter consecuencias moi interesantes.

Por exemplo, malia os grandes éxitos acadados no mundo da inmunoterapia,

ranging from camouflaging itself

to stealing the predator's food.

aínda existe unha eficacia dalgún xeito limitada

This can have some very interesting implications.

ao falarmos de tumores sólidos.

For example, despite enormous successes in the field of immunotherapy,

Se pensamos en termos ecolóxicos,

tanto o cancro como as células inmunitarias,

there still remains somewhat limited efficacy

isto é, a presa e o predador,

when it comes solid tumors.

precisan de nutrientes tales como a glicosa para sobreviviren.

But if you think about it ecologically,

Se as células canceríxenas vencen as inmunitarias na loita

both cancer and immune cells --

the prey and the predator --

polos nutrientes compartidos no hábitat do tumor,

require nutrients such as glucose to survive.

as células inmunitarias veranse impedidas fisicamente para faceren a súa función.

If cancer cells outcompete the immune cells for shared nutrients

Este modelo de recursos compartidos predador-presa

in the tumor microenvironment,

é no que traballei na miña propia investigación.

then the immune cells will physically not be able to do their job.

Hai pouco probouse experimentalmente

que restaurar o equilibrio metabólico no hábitat do tumor,

This predator-prey-shared resource type model

is something I've worked on in my own research.

isto é, asegurarmos que as células inmunitarias son quen de alimentarse,

And it was recently shown experimentally

pode devolver ás células, os predadores, a ocasión de vencer o cancro, a presa.

that restoring the metabolic balance in the tumor microenvironment --

that is, making sure immune cells get their food --

Isto implica que, se nos abstraemos un chisco,

can give them, the predators, back their edge in fighting cancer, the prey.

podemos considerar o cancro como un ecosistema

onde unha poboación heteroxénea de células compite e colabora

This means that if you abstract a bit,

para conseguir espazo e nutrientes,

you can think about cancer itself as an ecosystem,

interactúa con predadores, o sistema inmunitario,

where heterogeneous populations of cells compete and cooperate

migra, crea metástases

e todo isto dentro do ecosistema do corpo humano.

for space and nutrients,

Que sabemos nós da maioría de ecosistemas da bioloxía da conservación?

interact with predators -- the immune system --

migrate -- metastases --

Pois que un dos mellores xeitos para extinguir unha especie

all within the ecosystem of the human body.

non é atacala directamente,

And what do we know about most ecosystems from conservation biology?

senón atacar o seu contorno.

That one of the best ways to extinguish species

Entón, unha vez identificados os elementos clave

is not to target them directly

do contorno do tumor,

but to target their environment.

podemos propor hipóteses,

simular escenarios e intervencións terapéuticas

And so, once we have identified the key components

dun xeito seguro e económico

of the tumor environment,

we can propose hypotheses

e atacar os diferentes compoñentes do hábitat

and simulate scenarios and therapeutic interventions

de forma que acabe co cancro sen danar o hóspede,

all in a completely safe and affordable way

como podemos ser calquera de nós.

and target different components of the microenvironment

Daquela, malia que o obxectivo inmediato da miña investigación

in such a way as to kill the cancer without harming the host,

é progresar na investigación e innovación

such as me or you.

e reducir o seu custo,

o propósito real é, por suposto, salvar vidas.

And so while the immediate goal of my research

E iso é o que tento facer

is to advance research and innovation

a través de modelización matemática aplicada á bioloxía e,

and to reduce its cost,

en concreto, á produción de fármacos.

the real intent, of course, is to save lives.

É un campo que ata hai relativamente pouco estaba nun segundo plano,

And that's what I try to do

through mathematical modeling applied to biology,

mais xa madurou.

and in particular, to the development of drugs.

E agora contamos con métodos matemáticos sumamente avanzados,

It's a field that until relatively recently has remained somewhat marginal,

moitas ferramentas preprogramadas,

algunhas incluso gratuítas,

but it has matured.

e unha potencia computacional cada vez maior ao noso dispor.

And there are now very well-developed mathematical methods,

a lot of preprogrammed tools,

A potencia e a beleza da modelización matemática

including free ones,

and an ever-increasing amount of computational power available to us.

radica na posibilidade de que podemos formalizar,

de xeito moi rigoroso,

The power and beauty of mathematical modeling

o que cremos saber.

Creamos supostos,

traducímolos en ecuacións

lies in the fact that it makes you formalize,

e realizamos simulacións

in a very rigorous way,

só para responder á pregunta:

what we think we know.

nun mundo no cal os meus supostos son correctos,

We make assumptions,

que espero ver?

translate them into equations,

run simulations,

É un marco conceptual bastante simple.

all to answer the question:

Todo é formular ben as preguntas.

In a world where my assumptions are true,

Ora ben, pode crear moitas oportunidades para avaliar hipóteses biolóxicas.

what do I expect to see?

It's a pretty simple conceptual framework.

Se as nosas predicións cadran coas observacións,

It's all about asking the right questions.

xenial! Acertamos, así que podemos seguir predicindo

But it can unleash numerous opportunities for testing biological hypotheses.

e cambiar algún aspecto do modelo.

If our predictions match our observations,

Se, pola contra, as nosas predicións non cadran coas observacións,

great! -- we got it right, so we can make further predictions

isto implica que algúns dos nosos supostos son erróneos

by changing this or that aspect of the model.

e que, no tocante aos mecanismos clave

If, however, our predictions do not match our observations,

da bioloxía básica,

aínda nos queda moito que aprender.

that means that some of our assumptions are wrong,

Por sorte, como se trata dun modelo,

controlamos os supostos,

and so our understanding of the key mechanisms

así que podemos analizalos un por un

of underlying biology

is still incomplete.

e identificar cal ou cales causan a discrepancia.

Luckily, since this is a model,

we control all the assumptions.

Logo podemos encher este novo baleiro que identificamos no coñecemento

So we can go through them, one by one,

a través de métodos tanto experimentais como teóricos.

identifying which one or ones are causing the discrepancy.

Por suposto, todo ecosistema é extremadamente complexo

And then we can fill this newly identified gap in knowledge

e tentar describir todas as pezas en movemento non só é complicado,

using both experimental and theoretical approaches.

senón que tamén é pouco informativo.

Of course, any ecosystem is extremely complex,

Por outra banda temos as escalas temporais,

and trying to describe all the moving parts is not only very difficult,

pois algúns procesos requiren de segundos, outros minutos

e outros días, meses ou anos.

but also not very informative.

Pode que non sexa sempre posible separalos experimentalmente.

There's also the issue of timescales,

because some processes take place on a scale of seconds, some minutes,

Hai cousas que suceden tan rápido ou tan lento

some days, months and years.

que pode que nunca sexamos quen de medilas fisicamente.

It may not always be possible to separate those out experimentally.

Pero as matemáticas

And some things happen so quickly or so slowly

temos o poder de achegarnos a calquera subsistema en calquera escala temporal

that you may physically never be able to measure them.

e simular os efectos das intervencións

But as mathematicians,

we have the power to zoom in on any subsystem in any timescale

que suceden en calquera escala temporal.

Obviamente, isto non é traballo dunha soa persoa,

and simulate effects of interventions

senón que cómpre a estreita colaboración con persoas biólogas

that take place in any timescale.

e require certa capacidade de tradución

Of course, this isn't the work of a modeler alone.

polas dúas partes.

It has to happen in close collaboration with biologists.

Comezarmos coa formulación teórica dun problema

And it does demand some capacity of translation

pode desencadear numerosas oportunidades para avaliar hipóteses

on both sides.

e simular escenarios e intervencións terapéuticas

But starting with a theoretical formulation of a problem

dun xeito completamente seguro.

can unleash numerous opportunities for testing hypotheses

Pode identificar baleiros no coñecemento e incoherencias lóxicas

and simulating scenarios and therapeutic interventions,

e servirnos de guía para saber se imos polo camiño indicado

all in a completely safe way.

It can identify gaps in knowledge and logical inconsistencies

e se podemos atopar unha rúa cega.

Noutras palabras,

a modelización matemática pódenos axudar a resolver cuestións

and can help guide us as to where we should keep looking

que afectan directamente á saúde xeral,

and where there may be a dead end.

In other words:

que afectan á saúde de cada persoa, en realidade,

mathematical modeling can help us answer questions

porque a modelización matemática será clave

that directly affect people's health --

no pulo da medicina personalizada.

that affect each person's health, actually --

Todo se resume en formular a pregunta correcta,

because mathematical modeling will be key

traducila cara á ecuación adecuada

to propelling personalized medicine.

e viceversa.

Moitas grazas.

And it all comes down to asking the right question

(Aplausos)

and translating it to the right equation ...

and back.

Thank you.

(Applause)