Luchemos juntos contra el cáncer con Cell spotting Teach article

Traducido por Jose Viosca. “Cuéntamelo y lo olvidaré, enséñame y quizá recuerde, pero déjame hacerlo y entonces aprenderé”, dijo una vez Benjamin Franklin. Haz tuya esa célebre frase e implica a tus estudiantes en un proyecto real de investigación sobre el cáncer que les enseñará…

Para ser efectivos, los fármacos contra el cáncer tienen que destruir selectivamente las células tumorales sin dañar las células sanas. Los  tratamientos de quimioterapia existentes no logran ese ideal de selectividad, y por ello muchos equipos de investigación continúan buscando compuestos nuevos que puedan ser los tratamientos del futuro, efectivos y sin efectos secundarios.

 

Las células HeLa

Micrografía de una célula
HeLa en apoptosis tomada
con un microscopio
electrónico de barrido

Imagen cortesía del Instituto
Nacional de la Salud (NIH)

Las células HeLa son un tipo especial de línea celular humana. Provienen de una mujer, Henrietta Lacks, que murió de un cáncer cervical en el 1951. Su médico extrajo algunas células de su tumor y consiguió hacerlas crecer en un medio de cultivo, desarrollando así la primera línea celular humana. Las HeLa son las células humanas más utilizadas en los laboratorios de biología celular en todo el mundo.

 

La búsqueda de compuestos adecuados se hace principalmente mediante sistemas automatizados que rápidamente evalúan e identifican millones de sustancias candidatas: aplican los compuestos a células cancerosas y observan si las células sobreviven o mueren. Estos experimentos generan miles o millones de imágenes de células que luego tienen que ser analizadas de acuerdo a diversos parámetros – tales como el estatus celular, la liberación de componentes intracelulares al exterior de la célula, la distribución de las mitocondrias, o la forma del núcleo – para así clasificar la respuesta celular a cada compuesto. Idealmente, la solución para tratar una cantidad de datos tan enorme seria utilizar ordenadores. Pero los ordenadores no son buenos reconociendo patrones: ¡nada supera al ojo humano en esta tarea (Lostal et al, 2013a; 2013b)!

Ahí es donde tú y tus alumnos entráis en juego. Los investigadores necesitan la ayuda del mayor número de voluntarios posible para analizar estas imágenes y así identificar potenciales compuestos contra el cáncer con la mayor celeridad. Tus estudiantes aprenderán sobre la muerte celular mientras ayudan a los científicos a caracterizar la respuesta de las células HeLa a los diferentes compuestos químicos.

El proyecto Cell Spotting

El equipo de Cell Spotting tiene como objetivo evaluar más de 14.000 compuestos en células HeLa y observar su reacción utilizando técnicas avanzadas de microscopía óptica. Los cultivos de células HeLa son fotografiados cada media hora en tres distintos canales: luz normal, fluorescencia azul y verde (Lostal et al, 2013a; 2013b). La luz normal sirve para mostrar la forma general de las membranas celulares; la fluorescencia azul permite ver específicamente el núcleo celular (están teñidas con un colorante –el fluorocromo Hoechst 33342, que emite luz azul cuando se une al ADN); y la fluorescencia verde es para observar las mitocondrias de la célula (que están teñidas con el fluorocromo Mitotracker). Combinando los tres canales, los científicos generan imágenes con información detallada de las células, así como videos que muestran el movimiento, la división o la muerte de las mismas. Más de 4000 imágenes son capturadas cada día y más de 14100 en un único experimento.

Figura 1. Compara la representación de una célula animal con la imagen de una célula HeLa
Imagen cortesía de Socientize

Puntúa las células y ayuda en la lucha contra el cáncer desde tu clase

Esta actividad esta diseñada para realizarse en cursos de biología con estudiantes de entre 14 y 18 años, aunque también puedes adaptarla para otros grupos. Explora conceptos como la división celular, la muerte celular, la regulación genética, el cáncer y la biotecnología.

La actividad consta de dos partes:

A) Explorar el proyecto de investigación Cell Spotting y comprender su contexto, y

B) Jugar con la aplicación de Cell Spotting

Materiales

Los recursos para esta actividad son:

  • un videow1 que contextualiza el proyecto Cell Spotting
  • una unidad didácticaw2 que proporciona un posible plan didáctico y actividades de aula
  • Material para el profesorw3 que contiene un documento con  información detallada sobre la investigación, una presentación de PowerPoint y 3 videos cortos sobre las células HeLa.

Procedimiento

A) Explorar el proyecto Cell Spotting y comprender su contexto.

En esta parte de la actividad, los estudiantes deberían usar un enfoque indagatorio sobre el proyecto de investigación y su metodología.

1) Ver el videow1 ‘Socientize: Cell Images Experiment’ para colocar la actividad en su contexto adecuado.

2) Explorar la unidad didácticaw2 y responder las siguientes preguntas:

  1. ¿Qué investiga José Villar?
  2. ¿Qué tipo de células emplea?
  3. ¿Qué metodología utiliza para observar sus células?
  4. ¿Qué resultados espera de los diferentes compuestos químicos?
  5. ¿Qué tipo de muerte celular quiere lograr José Villar en sus células? ¿Por qué?

En este punto, puede ser útil dibujar un esquema sencillo como el de la figura 2.

3) Muestra a tus estudiantes cómo distinguir entre apoptosis y necrosis y cómo identificar células HeLa sanas y células moribundas:

  1. Pide a tus estudiantes que analicen la figura 5 de la unidad didáctica y construyan una tabla parecida a la tabla 1 para resumir las principales diferencias morfológicas entre los dos tipos de muerte: diferencias en el volumen celular, la condensación del núcleo y la respuesta final.
  2. Ver los tres videos cortos del pack del profesor que muestran las células HeLa en los diferentes estados (sano, apoptosis, necrosis). Pedir a los estudiantes que identifiquen qué estado celular esta representado en cada video basándose en las diferencias morfológicas.
Figura 2. Ejemplo de diagrama
Imagen cortesía de Socientize

¡Ahora tus estudiantes están preparados para ayudar a José a analizar las imágenes de las células HeLa!

  Apoptosis Necrosis
Tabla 1. Resumen de las principales diferencias morfológicas entre apoptosis y necrosis
Volumen celular disminución aumento
Núcleo celular fragmentación tras la condensación aumento del volumen
Liberación de contenido No (formación de cuerpos apoptóticos) Si
Respuesta inflamatoria No Si

B) Jugar con la aplicación Cell Spotting.

La aplicación Cell Spottingw4 os permitirá a ti y a tus estudiantes analizar imágenes de células HeLa y enviar vuestros análisis al equipo de investigación de este proyecto. La interfaz de la aplicación es muy intuitiva, amigable y completa, así que cualquiera puede acceder y contribuir. Cuando entres por primera vez, te recomendamos seguir el tutorial que explica la estructura de la aplicación, sus objetivos y recursos. Así, te asegurarás de tener todos los detalles necesarios para acceder y comenzar a puntuar y etiquetar las células con los distintos sellos.

Figura 3. Muerte celular: apoptosis y necrosis
Imagen cortesía de Juliana Bortoletto

Para completar las tareas, necesitas analizar cada imagen de acuerdo a 4 parámetros:

  • Estatus celular actual (¿muerto o vivo?)
  • Liberación de contenido celular (¿libera la célula material al exterior?)
  • Distribución de las mitocondrias (¿están las mitocondrias agrupadas o dispersas dentro de la célula?)
  • Otros detalles (¿son células multi-nucleadas? ¿tienen las células un tamaño anormal? ¿es normal el tamaño del núcleo?)

1) Pide a tus estudiantes que accedan a la aplicación y se registren para que sus contribuciones no sean anónimas.

2) Explorar la aplicación con los estudiantes y definir exactamente que deben hacer. Si tienes un proyector, haz el análisis de una célula para que vean un ejemplo.

Figura 4. La aplicación de Cell Spotting
Imagen cortesía de Socientize

Brevemente, la aplicación incluye:

  • La barra azul (ver A en la imagen) arriba, que resume lo que tienes que hacer y los recursos para lograrlo, incluyendo:
    • La pregunta concreta a responder
    • Los tres canales de luz que puedes usar para visualizar los diferentes detalles de la imagen: azul para el núcleo, verde para las mitocondrias, y luz normal (la suma de azul, verde y campo claro)
  • El video del que cada imagen fue extraído
  • Más información sobre cada paso
  • Acceso a ‘ViSH’ (Virtual Science Hub), una plataforma educativa donde puedes visitar virtualmente el laboratorio donde el proyecto Cell Spotting se lleva a cabo
  • Una encuesta para saber tu opinión
  • Un enlace directo a la unidad didáctica

La imagen a la espera de ser analizada se muestra en la caja B (figura 4). Debajo, puedes ver los distintos sellos para marcar las células e identificar su estado (ver punto 8 en la figura 4). También puedes eliminar las marcas una a una (punto 10, figura 4) o comenzar de nuevo (punto 11, figura 4). Hay una marca con un signo de interrogación que puedes utilizar si no estas seguro de cómo clasificar la célula (punto 9, figura 4).

La caja C te proporciona unos ejemplos de los diferentes patrones que tienes que identificar.

Finalmente, debajo de la imagen a analizar, encontrarás una barra de progreso mostrando los 4 parámetros que debes completar (ver caja D en figura 4). Cada vez que finalices un parámetro, debes hacer click en la flecha a la derecha de la barra de progreso para poder avanzar al siguiente parámetro. Cuando los 4 parámetros son analizados, un icono aparecerá para que termines la tarea. Después de eso, una nueva imagen se cargará automáticamente y podrás comenzar un nuevo análisis desde el principio.

NOTA: encontrarás una guía introductoria a Cell Spotting en el pack del profesor. El análisis es muy sencillo, tus alumnos lo harán con facilidad.

3) Ya es momento de que tus estudiantes jueguen con el programa y contribuyan. Recuérdales que también pueden acceder desde casa.

Download

Download this article as a PDF

References

  • Lostal E, Serrano F, Carrodeguas JA, Martínez P, Sanz F, Val C (2013a) Cell Images Analysis as a Case of Citizen Science for Advanced Education: Laboratory and School, Back and Forth. In Proceedings of the 7th International Technology, Education and Development Conference (INTED 2013) pp 2489–2496. Valencia, Spain: IATED
  • Lostal E, Serrano F, Carrodeguas JA, Martínez P, Sanz F, Val C (2013b) A case of Citizen Science for Cell Biology Images Analysis. In Proceedings of the XXXIII Congresso da Sociedade Brasileira de Computação (CSBC 2013) pp 1855–1862. Maceió, Brazil: CSBC

Web References

  • w1 – Ver el video ‘Socientize: Cell Images Experiment’ en el canal de Youtube de Ibercivis Ciencia
  • w2 – Descarga la unidad didáctica para la actividad Cell Spotting
  • w3 – El pack del profesor para la actividad Cell Spotting contiene: un documento detallado sobre la investigación del proyecto, la guía introductoria al juego Cell Spotting, una versión de la unidad didáctica con soluciones, y tres videos cortos mostrando distintos estados de salud de las células HeLa. Descárgalo aquí
  • w4 – Comienza a jugar con la aplicación Cell Spotting a través de la web de Socientize.

Resources

  • En la web de Socientize, encontrarás más información sobre este proyecto financiado por la UE, así como otros proyectos de ciencia ciudadana en los que puedes implicarte.
  • Para seguir los proyectos de ciencia ciudadana promovidos por Socientize, consulta la web del proyecto Ibercivis.
  • Para otra actividad didáctica sobre el cáncer, ver:

Author(s)

António Monteiro es un biólogo con un MSc en enseñanza de la biología y geología. Activamente implicado en el proyecto FP7 de ciencia ciudadana ‘Socientize – Society as e-Infrastructure through technology, innovation and creativity’ (Socientize – la sociedad como una e-Infraestructura a través de la tecnología, la innovación y la creatividad). Desde el 2009, trabaja en el Museo de ciencia de la Universidad de Coimbra (Portugal) como guía y desarrollador de acividades de enseñanza de la ciencia, principalmente para la Noche de los Investigadores. También se ha implicado en la promoción del museo a través de las redes sociales.

Cândida G Silva tiene un grado en matemáticas e informática y un doctorado en quimio-informática. En los últimos 4 años, ha colaborado activamente con dos proyectos de ciencia ciudadana y computación con voluntarios: ibercivis.net y socientize.eu. Sus intereses científicos se centran en la inteligencia artificial, la extracción de datos, el descubrimiento de fármacos, la ciencia ciudadana, la e-ciencia, computación por voluntarios y el almacenamiento de datos.

El Dr. José Carrodeguas Villar es investigador en el Instituto de Bio-computación y Física de Sistemas Complejos de la Universidad de Zaragoza (España). Lidera un grupo que estudia la apoptosis en el cáncer, el sistema inmunitario, el sistema nervioso y otros tejidos. Es el investigador principal del experimento Cell Spotting y se implica activamente en proyectos de ciencia ciudadana y actividades de Socientize e Ibercivis.

Esta es una actividad de Socientize, un proyecto financiado por el Séptimo Programa Marco de la Unión Europea bajo el contrato RI-312902.


Review

Este artículo describe una actividad centrada en el estudiante que introduce a la eficiencia de los fármacos empleados contra el cáncer y cómo se evalúan distintos compuestos para ver si son efectivos eliminando células cancerosas. Los estudiantes también aprenden sobre células HeLa y como son cultivadas con compuestos aislados para ver el efecto de esos compuestos. También, aprenden sobre apoptosis y necrosis mediante ejemplos visuales.

Mediante el proyecto de investigación Cell Spotting, los estudiantes y cualquier participante puede contribuir al proyecto analizando células y enviando sus análisis.

Cada etapa del proyecto está explicada claramente con notas que ayudan a los estudiantes a usar su conocimiento y contribuir al proyecto.


Dr Shaista Shirazi, UK




License

CC-BY-NC-SA