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Medicina 4p Andrés García Palomo
Hospital Universitario de León
Servicio de Oncología Médica
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Planteamiento REDUCCIONISTA
DOCTRINA ANATOMISTA. A. VESALIO
DOCTRINA FISIOLOGICA. C. BERNARD DOCTRINA HISTOLOGICA. M. MALPIGHI
TEORIA CELULAR. R. VIRCHOW TEORIA NUCLEAR. F. MIESCHER
GENOMA. WATSON & CRICK
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26.07.2000
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REDUCCIONISMO (BIOLOGIA MOLECULAR CLÁSICA)
GEN MUTACIÓN CÁNCER DNA OMNISCIENTE
• Era INTUITIVO: una causa para cada efecto. El estudio
de las partes explica el comportamiento del todo
• Era ACCESIBLE: como no puedo estudiar el todo por su
complejidad, estudio sus partes.
• Es ESTUPIDO: Estudia el sistema biológico como
materia inerte y SIN RELACIONES.
TRATAMIENTO
ANTIDIANA
MEDICINA PERSONALIZADA
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EPIGENOMA 0010100
1000100
0011100
GENOMA CGGTAG
ATGCGTA
GGCATGC
TRASCRIPTOMA
UUAGUG
AUGCGU
CUAGGC
CELULAS 1101000
0010101
000101
PROTEOMA Arg-lys-his-pro-
gly-leu-ser-thr-
ala-trp-tyr-val
iPS Cells 01101000
01010101
0100101
RWD Na. BUN
130/75. 75kg
156 cm. Hb
Modificado de: Hood and Flores, New Biotechnology 2012
MICROBIOMA E.coli; K.buitera
N.Megalophose
L.lutherniesis
METABOLOMA 0100110
101010
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El próximo cambio de paradigma será la
MEDICINA PERSONALIZADA
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MEDICINA 4p
MEDICINA DE SISTEMAS
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PERSONALIZED
MEDICINE
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El nuevo paradigma: HOLISMO
GEN
Todo interacciona con todo y lo que es arriba es abajo
DNA OMNISCIENTE
DNA Almacén pasivo
FENOTIPO • El GENOTIPO es una PARTE pasiva influenciado por el ambiente
• El FENOTIPO es un evento multidimensional, no lineal
• Una función biológica determinada no reside en una única molécula
• Los sist. biológicos surgen de interacciones complejas entre sus partes.
La complejidad es la seña de identidad de
los sistemas biológicos y el reto es
desentrañarla
COMPLEJIDAD ≠ CAOS
Es IGNORANCIA DEL ORDEN que lo rige
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HOLISMO Muchos son una UNIDAD
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GEN
FENOTIPO
MEDIO
AMBIENTE
INTERACCION
COMPLEJA NO
LINEAL
Todo interacciona con Todo
HOLISMO
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El arco iris de la innovación surge de
la intersección de los límites
exteriores de las disciplinas.
Cambio conceptual
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“…la integración y colaboración cada vez más
fructífera de la Biología con científicos físicos,
ecologistas y computacionales, matemáticos y
ingenieros están haciendo posible predecir y
controlar las actividades de los sistemas
biológicos cada vez con más detalle“
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BIOLOGÍA DE SISTEMAS
La Medicina de Sistemas (SM) es la aplicación médica de la
ÓMICA
MOLECULAR
CIENCIA
COMPUTACIONAL Modelización matemática
TEORIA DE
SISTEMAS Ludwing Von Bertalanffy
CIENCIA INTERDISCIPLINAR DE LA INFORMACIÓN
FISICA MATEMÁTICAS ECOLOGIA MEDICINA INGENIERIA HUMANIDADES
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Conjunto de elementos
interconectados cuyos
VÍNCULOS contienen
información adicional oculta
para el observador.
De la interacción surgen
PROPIEDADES EMERGENTES
no explicables a partir de las
propiedades de los
elementos por separado
“Todo es mas que sus partes” SISTEMA PROPIEDAD EMERGENTE
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El comportamiento surge de la actividad ORQUESTADA de sus partes que interactúan por medio de interacciones pareadas
Nodo (link)
Nodo (link)
Nodo (link)
Nodo (link)
Nodo (link)
Nodo (link)
Nodo (link)
Nodo (link)
Nodo (link)
Nodo (link)
HUB
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TEORÍA DE GRAFOS
• Reconoce LINKS e identifica HUBS
• Ilustra el conjunto de la red y sus subsistemas
• Profundiza en las relaciones entre sus elementos
• Aclara las reglas que lo gobiernan
• Establece marcos de trabajo
Sobradillo y cols. Arch Bronconeumol. 2011
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Redes Libres de Escala
(Las del mundo pequeño)
• Existen muchos NODOS con pocos enlaces que
interaccionan fuertemente con sus vecinos y débilmente
con sus alejados
• Existen algunos nodos con muchos enlaces (HUBS).
Reducen costes energéticos, confieren alto rendimiento
funcional y estabilizan la red. Vulnerabilidad de ataque
• Pero sobre todo existen INTERACCIONES que es donde
residen las propiedades emergentes del sistema (su
modus vivendi)
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Tienen sus reglas (TEORIA DE SISTEMAS)
• La relación de sus constituyentes es de “todo con todo” y no
de “uno con uno”. TODO ES MAS QUE SUS PARTES
• La EMERGENCIA nace de las relaciones entre las partes del
sistema, pero no se identifica ni localiza en una concreta.
• La emergencia desaparece al diseccionarlo. Son, por tanto
IRREDUCIBLES y NO FRAGMENTABLES
• Las relaciones causa-efecto dentro el sistema no son lineales,
sino ESTOCÁSTICAS y MULTIVARIANTES.
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Se reproducen.…
• Dan nuevos sistemas con semejanza fractal, pero nunca idéntica,
mediante la repetición infinita de procesos con ínfimas
modificaciones pero con reglas inmutables.
• El nuevo sistema se integra en el supersistema
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Sin líderes. No hay un elemento mas importante que otro
• El patrón de orden se basa en la COLABORACIÓN con el vecino mas próximo mediante una interacción local sin competencia. DESCENTRALIZACION.
• Se autoensamblan y se autoreparan.
Se autoorganizan
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El ser humano es un producto unitario de la
suma de otros muchos seres vivos
La organización es MULTIESCALAR y MULTINIVEL (super y subsistemas),
cada uno con reglas propias, pero interconectados e influyentes
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Son ROBUSTOS (modificaciones en sus condiciones reorganizan internamente el sistema para mantener la propiedad emergente)
Efecto sobre la SLP que NO afecta a la SG
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CAOS ENTRÓPICO
NUEVO ORDEN
ORDEN
La recuperación del equilibrio se hace mediante un cambio de nivel, una transición de fase y AUTOCATÁLISIS
La muerte, un cambio de estado
y antientrópicos…
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Tienen VULNERABILIDAD DE ATAQUE (la eliminación de hubs escinde el sistema en nodos aislados y pequeños)
Efecto sobre la SLP que SI afecta a la SG
Curación
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Su propiedad emergente…
ESTAR VIVO
• Esa EMERGENCIA no reside en ninguna de sus partes
• Depende tanto de la colectividad y sus relaciones
como de su permeabilidad y capacidad de intercambio
con el medio
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P4SM MEDICINA TRADICIONAL REACTIVA y REDUCTIVA
BIOLOGIA DE SISTEMAS
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Seattle
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MEDICINA 4p
PREDICTORA PREVENTIVA PRECISIÓN
(Personalizada)
Galas D & Hood L. Instituto de Biología de Sistemas. Seattle
PARTICIPATIVA (Democrática)
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MEDICINA 4p
Christakis N y cols. N Eng J Med. 2007
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MEDICINA 4p
Christakis N y cols. N Eng J Med. 2007
La red social predice mejor el riesgo de obesidad que la carga genética
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MEDICINA 4p
Christakis N y cols. N Eng J Med. 2008
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MEDICINA 4p
Christakis N y cols. N Eng J Med. 2008
Grupos socialmente conectados abandonaban la vez el hábito. Nuevos
fumadores aparecían solo en la periferia
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Redes Libres de Escala en el
continuo salud-enfermedad humana
• Los mecanismos de la enfermedad no los
determinan genes mutados (los nodos), sino el
diagrama de conexiones de los componentes
celulares influenciados por ellos
• Como las redes se adaptan, la “foto del
sistema” no es suficiente. Se requiere el
“video” de esa adaptación.
• ¿Es posible un DISEASOMA cuya manifestación
fenotípica dependa de cada individuo?
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La ONCOLOGIA es la vanguardia de la P4SM1
(1) Garraway LA. y cols. J Clin Oncol. 2013
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• Cambio de un paradigma de “café para todos” a una Medicina individual (verdadera MEDICINA PERSONALIZADA).
• Cambio de paradigma de una “medicina reactiva” centrada en la enfermedad, a una “medicina proactiva enfocada en MODELOS PREDICTIVOS de salud-bienestar futuros (PREVENCIÓN)
• Un cambio de rol del paciente (PARTICIPATIVA) pasando de mero usuario-cliente a recurso y driver del cambio.
• El retorno a una MEDICINA HOLISTA (HUMANISTA) que tiene en cuenta todo y no solo las partes.
La MEDICINA 4p promete…
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• Desarrollo de técnicas para la secuenciación personalizada del genoma y la identificación del trascriptoma sano y enfermo.
• Técnicas microfluídicas (BIOPSIA LÍQUIDA) y de imagen molecular
• Creación de AVATARES
• Desarrollo de nuevos métodos matemáticos y de computación, incorporando tecnología de redes neurales e Inteligencia Artificial
• Modificación de las “actitudes investigadoras” de la IF, desde el cortoplacismo económico a la alianza estratégica no competitiva
A cambio…
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