Temas basicos

Defibrillating the brain: Advice for going to Oxford

by
Trimero

It’s been another year without much blogging, but we have a good excuse – we’ve been living in Switzerland for the past 18 months in a cozy village near Lake Zurich. As a result, our daughters are now fluent in German, and my wife and I have steadily improved our language skills.

After a two-year break, we’ve recently started traveling again, and it was great to see my team and friends. In September, I attended a symposium on cancer immunotherapy organized by my former boss, Ignacio Melero. Nacho gave a talk to celebrate 25 years of research on CD137. This T-lymphocyte co-stimulation protein has effectively eliminated tumors in animals but has not yet shown the same results in patients. Nacho discussed new strategies for improving the effectiveness of this type of antibody in both monotherapy and combination with other treatments. Nacho’s lab in Pamplona has been very productive, focusing on pre-clinical work, biomarker research, and pioneering clinical trials in the field of immunotherapy for liver carcinoma.

Defibrilating the brain. Life in the lab
Drawing by Maria Gonzalez Forero MD

I have fond memories of my time at the CIMA research center at the University of Navarra, where I learned much about tumor immunology and activating T cells to recognize and eliminate cancer cells. Every Wednesday, we had a “Journal Club,” where we would review and discuss relevant articles in our field. One of our pre-docs or post-docs would present the results of a recent publication. We would all carefully evaluate the paper, focusing on understanding the methods and how we can apply the findings. On some occasions, the techniques used were complex and new to us, so we would have to read the text multiple times and find additional sources to understand them fully.

I remember one Wednesday when we had a tough time understanding a paper, and none of us had asked any questions about the experimental model. That’s when Nacho, our dear boss, said something that has stuck with me for over a decade: “It’s time to defibrillate the brain.” 

This phrase means :

  1. To have a critical mindset,
  2. To understand how things work in-depth, 
  3. Ask questions when in doubt, 
  4. Strive for excellence. 

It was a valuable lesson for life in the lab and life in general.
This year, Dr. Melero is starting a new position at Oxford University. Good wind, good sea, and good science, Nacho!

Image generated by Dall-E 2

Desfibrilar el cerebro: Consejo para ir a Oxford

by
Trimero

Dibujos por Maria Gonzalez Forero

De nuevo un año sin escribir en el blog. Pocas excusas. Llevamos cerca de 18 meses en Suiza, en un pueblo muy acogedor cerca del lago de Zúrich. Mis hijas hablan ahora alemán de forma fluida. La capacidad que tienen los niños para aprender no tiene límites. Con mi esposa progresamos poco a poco. Sin prisa, pero con perseverancia.

cerebro

Reiniciar los viajes, después de dos años en el congelador, me ha permitido ver de nuevo a mi equipo de trabajo y también a los amigos de Pamplona. En septiembre estuve en un simposio de inmunoterapia en cáncer que organiza de forma periódica mi antiguo jefe, Ignacio Melero.  Disfrute de su charla para conmemorar 25 años de investigación continua sobre CD137, una proteína de co-estimulación de linfocitos T. Los anticuerpos agonistas de CD137 son muy eficaces para eliminar tumores en animales, sin embargo, los resultados en pacientes no son los mejores. Durante la charla Nacho abordo nuevas estrategias para mejorar el balance riesgo beneficio de este tipo de anticuerpos en monoterapia y en combinación con otros tratamientos. El laboratorio de Nacho en Pamplona ha sido bastante productivo con trabajos pre-clínicos, de biomarcadores y con ensayos clínicos pioneros (inmunoterapia en carcinoma hepatocelular).

Recuerdo con cariño los años en el CIMA de la Universidad de Navarra; aprendí un montón de ciencia, en especial de inmunología de tumores y de cómo activar las células T para reconocer y eliminar células malignas. Cada miércoles teníamos un “Journal club” para revisar artículos pertinentes a nuestro campo de investigación. Alguno de los pre-doc o post-doc discutía los resultados de una publicación reciente. Los artículos eran evaluados al milímetro con especial énfasis en entender los métodos y la aplicación de las conclusiones. 

En varias oportunidades, algunas de las técnicas empleadas eran nuevas y complejas lo cual requería leer el texto varias veces y buscar otras fuentes para entenderlas. Al empezar en el laboratorio de Nacho pocos estábamos acostumbrados a ese nivel de detalle al evaluar la literatura científica. Uno de aquellos miércoles, después de observar que casi ninguno comprendía el trabajo en cuestión y que tampoco habíamos preguntado cómo funcionaba el modelo experimental, nuestro querido jefe soltó una frase que más de diez años después recuerdo como si fuera ayer: “Es hora de desfibrilar el cerebro”.

Desfibrilar el cerebro significa:

  1. Tener mentalidad critica
  2. Entender en profundidad como se hacen las cosas
  3. Preguntar si hay dudas
  4. Buscar la excelencia

La lección fue fantástica y muy útil no solo para la vida en el laboratorio. Desde el próximo año el doctor Melero empieza una nueva posición en la Universidad de Oxford. Buen viento, buena mar y buena ciencia Nacho!

En otro país. Negar la ciencia

by
Trimero

Hace un poco más de un año no escribía algo para el blog por varias razones. La más importante corresponde a un cambio de país. Ahora vivimos en un pueblo cerca del lago de Zurich. Mis hijas aprenden alemán muy rápido y se adaptan bien al cambio de país. Para mí es un poco complicado. Los artículos en ese idioma me cuestan, en especial al pensar que el sol es femenino (die Sonne) y la luna, masculino (der Mond). El país tiene unos paisajes preciosos, pero sin lugar a duda lo mejor ha sido la buena acogida por los amables suizos ¡Hasta los funcionarios sonríen!

Alps

También durante este tiempo la situación de la pandemia de coronavirus ha cambiado para mejor. Ahora están aprobadas mas de 5 vacunas para prevenir las complicaciones asociadas con la infección tanto en adultos como en niños mayores de 12 años (para mayores de 5 en Estados Unidos). En mi familia tenemos variedad de inmunidad inducida: Adenovirus de chimpancé para mi mujer, mRNA para mi hija mayor y Adenovirus 26 para mí. No deja de ser sorprendente que en menos de 10 meses científicos de diferentes compañías y gobiernos hayan podido generar vacunas efectivas y seguras que han prevenido la hospitalización y muerte de un sinnúmero de personas. Del mismo modo, en estas últimas dos semanas han aparecido resultados de anti-virales orales que con un tratamiento de cinco días disminuyen las complicaciones en personas infectadas sintomáticas y con factores de riesgo. ¡Otra victoria para la ciencia!

Investigar con perseverancia da resultados. La inversión y la educación en ciencia son uno de los pilares del desarrollo y han demostrado su utilidad en la respuesta frente a la pandemia. Sin embargo, todavía un grupo no despreciable de personas niega la existencia del coronavirus y creen en teorías extrañas sobre el desarrollo y características de las vacunas. En mi familia contamos con algún “negacionista”. Para tratar de tender puentes y empezar a entendernos empecé a leer el libro “How to talk to a science denier” de Lee McIntyre profesor de MIT. Con bastante sentido del humor narra conversaciones con tierra-planistas, anti-vacunas y otros grupos similares. El capítulo 2 “What is Science Denial” es realmente iluminador. Al parecer, los grupos de negacionistas de la ciencia sin importar su origen (ejemplo las vacunas modifican el ADN, el cambio climático no existe) comparten los mismos cinco errores de razonamiento:

  1. Elegir solo evidencia que soporta la creencia (y desestimar de entrada las explicaciones contrarias)
  2. Creer en teorías conspiratorias
  3. Confiar en seudo expertos (y atacar a los que realmente saben como le ha sucedido a Antoni Fauci en USA)
  4. Cometer errores lógicos
  5. Tener expectativas imposibles sobre los resultados que la ciencia puede alcanzar

¿Cómo combatir estos cinco errores? Con paciencia y capacidad de escuchar. Por algo la paciencia es la madre de todas las ciencias. Enrique Bunbury lo dice mejor “Ven camina conmigo, cambiemos de piel“.

Escribiré algo adicional sobre este tema en la siguiente entrada del blog. ¡Hasta la próxima!

An Alien in the Brain

by

Drawings by Maria Gonzalez Forero MD

Versión en español aquí

When I worked in Pamplona, I had to do experiments on mice. We would inject tumor cells, and after a few days, we would treat the animals with monoclonal antibodies that activate the immune system, such as anti-CD137, anti-PD1. To my initial surprise, most of the mice were cured. Sometime later, when I was telling the results of those works, a respected doctor said that I could be a great mouse oncologist!

Most of the time, I went down to the laboratory animal facility with my friend Asis, who now has his own research group in Bilbao. In order not to forget the materials that were necessary for the study, we used to have the following dialogue:

Asis: Cells?

Me: Yes

Asis: Anesthesia?

Me: Yes

Asis: Antibodies?

Me: Yes

Asis: Do we have a brain?

Me: In theory, yes

It has been several years now, and I often ask my daughters what activities they need to do on a checklist. In the end, the last question as a joke is: Brain? The girls’ answer is usually affirmative with a laugh.

Cerebro

The worst part

Spain records about 1000 deaths per week caused by the coronavirus.  The rulers remain the same, in continuous confrontation. I wonder: Do they have a brain? Do they have a heart? In theory, yes.

I’ve been reading death related books for a couple of weeks now. In the previous post, I wrote about “When breath becomes air.” I also re-read a couple of chapters from “Being Mortal” by Atul Gawande, a well-known surgeon who has promoted the use of “checklists” as a way to improve patient safety in the operating room. A few days ago, I finished “La peor parte” by Fernando Savater. The book covers his wife’s life, how he met her, how he was happy with her, and how he accompanied her (in his opinion, badly) to die of cancer in the brain, the dreaded glioblastoma multiforme (GBM). An alien that took her life after nine months of diagnosis. The worst part is the emptiness that remains after losing the joy represented in the wife, who will never return.

GBM is a very aggressive tumor that usually affects patients between the ages of 50-60. The initial treatment consists of surgery, followed by chemotherapy and radiotherapy. However, in a variable time, the tumor reappears and requires (if there is the possibility) removal. The prognosis is horrible, with a median survival of fewer than two years.

Immunotherapy is ineffective in this type of tumor when used as an initial treatment or in recurrence cases. However, two small studies suggest that anti-PD1 antibodies may improve progression-free survival if given before surgery (neoadjuvant therapy).

Fernando Savater gave away poems to his wife on January 1st every year. The last one he wrote to her is entitled “Gracias.” Here is a part of it:

“Thank you for your courage when it was needed

and for your tenderness when tenderness was lacking

Thank you for not giving up on anything or anyone,

especially me. Your strength defeats me

but it makes me stronger

And above all, thank you for our mornings,

for never leaving me alone.”

It is good to be grateful; a professor told a friend during her doctoral thesis defense. Nearly 200 people in Spain will not see the sunrise, and many will die without the company of their loved ones. To avoid further suffering, we can ask public health decision-makers to use the brain and, the heart as well. See you next time!

Trimero

Un alien en el cerebro

Cuando trabajaba en Pamplona tenía que hacer experimentos en ratones. Inyectábamos células tumorales y después de unos días tratábamos a los animales con anticuerpos monoclonales que activan el sistema inmune como anti-CD137, anti-PD1. Para mi sorpresa inicial, la mayoría de los ratones se curaban. ¡Tiempo después al contar los resultados de esos trabajos,un buen médico me dijo que yo podría ser un gran oncólogo de ratones!

En la mayoría de las ocasiones bajaba al animalario con mi amigo Asis que ahora tiene su grupo de investigación en Bilbao. Para no olvidar los materiales que eran necesarios para el estudio, se establecía el siguiente dialogo:

Asis: ¿Células?

Yo: Si

Asis: ¿Anestesia?

Yo: Si

Asis: ¿Anticuerpos?

Yo: Si

Asis: ¿Tenemos cerebro?

Yo: En teoría,  si

Han pasado ya varios años y muchas veces pregunto a mis hijas, como en una lista de chequeo las actividades que tienen que realizar. Al final, el último interrogante a modo de broma es: ¿Cerebro? La respuesta de las niñas suele ser afirmativa con una carcajada.

España registra cerca de 1000 muertos por semana causados por el coronavirus. Los gobernantes siguen igual, en enfrentamiento continuo. Me pregunto: ¿Tienen cerebro? ¿Tienen corazón? En teoría si.

Llevo un par de semanas leyendo libros relacionados con la muerte. En el post anterior escribí sobre “When breathe becomes air”. También volví a leer un par de capítulos de “Being mortal” de Atul Gawande un cirujano muy conocido que ha promovido el uso de “checklists” como una forma de mejorar la seguridad de los pacientes en el quirófano. Hace unos días terminé “La peor parte” de Fernando Savater que cubre la vida de su mujer, cómo la conoció, cómo fue feliz con ella y cómo la acompaño (a su modo de ver, mal) a morir con un cáncer en el cerebro, el temible glioblastoma multiforme (GBM). Un alíen que la destrozó en nueves meses. La peor parte es el vacío que queda después de perder la alegría representado en la esposa que nunca volverá.

GBM es un tumor muy agresivo que suele afectar a pacientes entre los 50-60 años. El tratamiento inicial consiste en cirugía seguido por quimioterapia y radioterapia. Sin embargo, en un tiempo variable el tumor vuelve a aparecer y requiere (si existe la posibilidad) extirpación. El pronóstico es muy malo, con una mediana de supervivencia menor de dos años.

La inmunoterapia es ineficaz en este tipo de tumor cuando se usa como tratamiento inicial o en casos de recurrencia. Sin embargo, dos estudios pequeños sugieren que anticuerpos anti-PD1 pueden mejorar la sobrevida libre de progresión si se administran antes de la cirugía (terapia neo-adjuvante).

Fernando Savater regalaba poemas a su mujer el 1 de Enero de todos los años. El último que le escribió se titula “Gracias”. Aquí una parte:

“Gracias por tu coraje cuando hacía falta

y por tu ternura cuando faltaba ternura

Gracias por no rendirte a nada ni a nadie,

sobre todo a mi. Tu fuerza me derrota

pero me hace mas fuerte

Y sobre todo gracias por nuestras mañanas,

por no dejarme solo jamás”

Es de bien nacidos ser agradecidos, le dijo una profesora a un amigo durante la defensa de su tesis doctoral. Cerca de 200 personas en España no verán el amanecer y muchos de ellos morirán sin la compañía de sus seres queridos. Creo que para evitar mas sufrimiento podemos pedir a los que toman decisiones en salud pública que utilicen el cerebro y desde luego también el corazón !Hasta la próxima!

Cut and paste wins the Nobel Prize

by

Drawings by Maria Gonzalez Forero MD

Version en Español

An antiviral immune system

Today is a holiday in Spain. It is the day of the Virgin of Pilar, who appeared in Zaragoza to Santiago Apostle to encourage him to continue his journey. It’s not wrong to have a little (or a lot) of help to deal with problems better. In Madrid, we have been in a “State of Alarm” since last Friday due to the increase in coronavirus cases in the city. How can we defend ourselves from this virus?

Of course, the answer is through the immune system. Antibodies and T cells are the most suitable for the task, and at present, we expect that the clinical trials of SARS-Cov-2 vaccines will show good results in terms of safety and efficacy. For those interested in reading a nice update on the subject, I recommend this article by Florian Krammer.

Viruses are and will be a headache for living beings. For example, bacteria have been in a continuous war against different viral particles for more than two billion years. They have even developed several defense methods that include restriction enzymes (the basis of recombinant DNA technology) and something like an adaptive system (with memory). Two researchers received this year’s Nobel Prize in Chemistry for their “for the development of a method for genome editing” based on that antiviral system (CRISPR)

CTRL-F and CTRL-X

CRISPR (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats) are viral DNA sequences that have been integrated into the genetic material of bacteria to “remember” previous infections, somewhat like a prehistoric vaccination system. CRISPR is like a poster with the “most wanted” face for those who enjoy crime stories (discovered by Francis Mojica)

This primitive immune system’s effector arm is composed of proteins that can cut DNA known as CRISPR associated nucleases or Cas for friends.

The process is roughly like this:

1. The CRISPR sequence is copied as RNA

2. RNA-CRISPR joins CAS

3. The CRISPR/Cas complex seeks the complement of the specific RNA

4. When Cas finds it, cuts off the DNA

In 2012, Doudna and Charpentier demonstrated that it is possible to use this bacterial defense system to edit any piece of DNA accurately. Easy, versatile, and cheap genetic editing. The applications are multiple and include silencing defective genes, increasing the expression of a gene, etc. A couple of months ago, the FDA approved a coronavirus detection system based on CRISPR technology.

To summarize, in terms of text editors, CRISPR is CTRL-F (search), and Cas is CTRL-X (cut)

Cancer immunotherapy applications

The CRISPR/Cas system has an infinite number of possible uses. In this section, I want to describe two exciting innovations.

1. T cell engineering: Carl June’s group (a pioneer in Chimeric Antigen Receptors) used CRISPR to knock out T cell and PD-1 receptor genes in lymphocytes that were then injected into cancer patients in a Phase 1 clinical trial.

2. Therapeutic targeting tool: Researchers at Dana Farber Cancer Institute conducted an experiment to remove all the genes from a tumor cell to determine which one(s) were needed to limit the activity of the immune system. The results of the study found that the ADAR1 protein is part of a novel T cell inhibition system.

The above applications are a sign of the future. Science is advancing by leaps and bounds.

As I have mentioned in other blog posts, I really like playing tennis. I’m left-handed, and I’m thrilled because Rafael Nadal (a left-handed man just to play tennis) won his thirteenth Roland Garros yesterday. Thirteen! It is said soon, but the effort and dedication behind it are beyond measure. This video about Nadal’s way of playing is remarkable. Especially the final part when his coach for many years (Toni Nadal) explains a very decent way of looking at life, “If you have inspiration, but you don’t work at all, you can’t get very far either. It’s much more formative to rely on effort than talent”

Trimero

Corta y pega genético gana el Premio Nobel

Un sistema inmune antiviral

Hoy es festivo en España. Día de la Virgen del Pilar que se apareció en Zaragoza a Santiago Apóstol para animarlo a continuar su camino. No esta mal tener un poco (o mucho) de ayuda para llevar mejor los problemas. En Madrid estamos desde el viernes pasado en “Estado de alarma” por el incremento en los casos de coronavirus en la ciudad. ¿Cómo podemos defendernos de este virus?

Desde luego, la respuesta es a través del sistema inmune. Anticuerpos y células T son los mas adecuados para la tarea y en la actualidad esperamos que los ensayos clínicos de vacunas contra SARS-Cov-2 arrojen buenos resultados en términos de seguridad y eficacia. Para los interesados en leer una buena actualización sobre el tema, este artículo de Florian Krammer es muy recomendable.

Los virus han sido y serán un dolor de cabeza para los seres vivos. Por ejemplo, las bacterias llevan en una guerra continúa frente a diferentes partículas virales durante mas de dos billones de años. Incluso han desarrollado varios métodos de defensa que incluyen enzimas de restricción (base de la tecnología del ADN recombinante) y algo parecido a un sistema adaptativo (con memoria) por el que dos investigadoras recibieron el Premio Nobel de Química 2020.

CTRL-F y CTRL-X

CRISPR (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats) son secuencias de ADN viral que han sido integradas en el material genético de bacterias para “recordar” infecciones previas, algo así como un sistema de vacunación pre-histórico. Para aquellos que disfrutan de historias policiacas, CRISPR es como un cartel con el rostro de los “mas buscados”.

El brazo efector de este sistema inmune primitivo está compuesto por proteínas que pueden cortar el ADN conocidas como CRISPR associated nucleases o Cas para los amigos.

El proceso es a grandes rasgos así:

  1. La secuencia CRISPR es copiada como RNA
  2. RNA-CRISPR se une a CAS
  3. El conjunto CRISPR/Cas busca el complemento del RNA especifico
  4. Cuando lo encuentra Cas corta el ADN

En el año 2012 Doudna y Charpentier demostraron que es posible utilizar este sistema de defensa bacteriano para editar con precisión cualquier trozo de ADN. Edición genética fácil, versátil y barata. Las aplicaciones son múltiples e incluyen silenciar genes defectuosos, aumentar la expresión de un gen, etc. Hace un par de meses, la FDA aprobó un sistema de detección del coronavirus basado en tecnología CRISPR.

Para resumir, en términos de editores de texto, CRISPR es CTRL- F (buscar) y Cas es CTRL-X (cortar).

Aplicaciones en inmunoterapia del cáncer

El sistema CRISPR/Cas tiene infinidad de posibles usos. En este apartado quiero describir dos innovaciones interesantes

  1. Ingeniería de células T: El grupo de Carl June (pionero en Chimeric Antigen Receptors) utilizó CRISPR para eliminar genes del receptor de células T y de PD-1 en linfocitos que luego fueron inyectados a pacientes con cáncer en un ensayo clínico de Fase 1.
  2. Herramienta para buscar dianas terapéuticas: Investigadores de Dana Farber Cancer Institute realizaron un experimento para eliminar todos los genes de una célula tumoral y determinar de esta manera cual o cuales eran necesarios para limitar la actividad del sistema inmune. Los resultados del estudio encontraron que la proteína ADAR1 hace parte de un nuevo sistema de inhibición de las células T.

Las anteriores aplicaciones son una muestra del futuro. La ciencia avanza a pasos agigantados.

Como he contado en otras entradas al blog, me gusta mucho jugar tenis. Soy zurdo y estoy muy contento porque Rafael Nadal (un zurdo solo para jugar tenis) gano ayer su Roland Garros número trece. Trece! Se dice pronto, pero el esfuerzo y la dedicación que hay detrás no tiene medida. Este video sobre la forma de jugar de Nadal no tiene desperdicio. En especial la parte final cuando su entrenador por muchos años (Toni Nadal) explica una forma muy decente de ver la vida, “Si tienes inspiración, pero no trabajas nada tampoco es posible llegar muy arriba. Es mucho mas formativo basarse en el esfuerzo que en el talento”.

¿Cómo entender el cambio y los poderes infinitos?

by

Música para empezar

Esta mañana durante el desayuno mi mujer me preguntó como se dice “Cometa” en inglés. Como suele ocurrir con algunas palabras empecé a recordar una canción, normalmente una de U2, grupo al que sigo desde hace mas de 25 años. Cometa en inglés es Kite, el sencillo número 5 de “All that you can´t leave behind”. Recuerdo el orden de casi todo ese albúm, lo escuchaba todos los días de camino a la Universidad. La cuarta canción es “Walk on”. Para resumir terminamos viendo en YouTube la presentación que hizo U2 en el intermedio del SuperBowl 2002. Durante el evento aparece en la pantalla el nombre completo de las víctimas de los ataques terroristas de septiembre 11-2001, mientras Bono canta “Where the streets have no name”. La memoria me había engañado. Estaba convencido que durante ese show habían tocado “Walk on”.

En España la epidemia de coronavirus ha dejado mas de 50.000 muertos. Todos con nombre y apellido. Nos vendría bien como sociedad reconocer y recordar cada una de las vidas interrumpidas. Detenernos un momento, pensar que ha ocurrido, determinar que ha salido mal, asumir la responsabilidad y prepararse para que no vuelva a ocurrir. Perdonar y volver a empezar. Walk on. De nuevo, fácil de decir, no tan sencillo de implementar.

Interferir al interferon

Este es un blog de ciencia, pero en las últimas semanas he estado un poco filosófico. Para no perder la costumbre voy a recomendar dos artículos publicados esta semana en Science sobre el papel de la vía de IFN en la respuesta a la infección por coronavirus. El primero describe anticuerpos frente a algunos de los diferentes interferones de tipo I, moléculas esenciales en la respuesta anti-viral. En pacientes con cuadros graves de COVID-19 fue posible encontrar auto-anticuerpos frente a IFN en 10% de los casos, mientras no se detectaron en sujetos con enfermedad leve. La mortalidad en aquellos pacientes con anticuerpos bloqueantes de IFN es cercana al 40%.

El segundo artículo trata sobre defectos genéticos asociados con pérdida de la función de algunos componentes de la vía de señalización de IFN de tipo I. En un grupo de 650 pacientes con COVID-19 severo, 23 (3%) tenían este tipo de alteraciones que impiden producción adecuada de IFN. En resumen, los dos trabajos mencionados destacan la función esencial del IFN de tipo en la defensa frente a SARS-Cov-2. Datos para pensar.

Estudiar el cambio

El título de esta entrada del blog tiene que ver con la situación en Madrid. Desde ayer (octubre 2/2020) a las 10 pm están en efecto nuevas medidas para controlar la expansión de la segunda ola de la pandemia. La vida cambia, el cambio es constante. Cuando pienso en la evolución del número de casos nuevos al día durante el último mes, me viene a la mente la importancia de tener nociones básicas de cálculo, que es al fin y al cabo el estudio del cambio. Para los interesados en leer sobre la historia de esta disciplina un buen libro es “Infinite Powers” de Steven Strogatz. Poderes infinitos. Interesante.

Para terminar, un poco de U2. Antes hablé de Walk On. Una parte de la letra me gusta mucho y creo que viene bien para esta época:

“And I know it aches
And your heart it breaks
And you can only take so much
Walk on

Leave it behind
You’ve got to leave it behind”

Dejarlo atrás, ir hacía adelante. El estudio del cambio. Hasta la próxima!

How to change the weather? Of cold tumors, STING agonists, and the importance of forgiveness

by

Drawings by Maria Gonzalez Forero, MD

Versión en español

The previous weekend ESMO 2020 took place. This year the venue was Madrid. The organization decided to make a virtual conference. It worked very well. The impact of cancer immunotherapy is stunning. Investigators worldwide presented results that can change the way patients with gastric cancer, esophageal cancer, and bladder cancer receive treatment. Science brings some hope.

In a previous blog post, we covered how tumors are considered cold or hot according to the number of T cells they have in their core. In general, cold tumors do not respond to immunotherapy with antibodies that block co-inhibition proteins such as PD-1.

Is it possible to turn tumors without (cold) T cells into hot tumors? The most straightforward answer is that it seems to be. Some options include:

1.Chemotherapy: Especially certain types of agents that induce immunogenic cell death.

2. Radiation therapy: Some effects of radiation are mediated by both the innate and adaptive immune systems. The IFN type I signaling pathway is responsible for part of the mechanism of action.

3. Oncolytic viruses: These are viruses that preferentially reproduce in tumor cells and kill them. Within their genetic material, they may contain portions that encode immune system activation proteins such as GM-CSF.

4. STING Agonists: STING is an acronym for Stimulator of Interferon Genes. STING is a component of a system that detects genetic material in the cytoplasm and leads to type I INF production, dendritic cell maturation, and T cell activation.

Pharmacological activators of STING are among the most potent immunotherapy strategies in animal models. Mouse melanomas that are incurable with other interventions disappear with a single injection. Several companies have initiated clinical trials with STING agonists. Monotherapy results using intratumoral administration are poor but more promising in combination with anti-PD1 antibodies. A few weeks ago in Science, two articles reported on the development of STING agonists for systemic use. We will see how it works in patients.

To conclude, I would like to recommend a book published more than ten years ago but that never ceases to be current. During this week, the newspapers are full of reproaches about pandemic-handling by the central and regional governments. Instead of understanding each other, they keep remembering mistakes made by both sides now and 20, 30, or more years ago.  I think it sold them well to read “Wounds in the Heart. The Healing Power of Forgiveness” written by psychiatrist Javier Schlatter. I want to share two sections in chapter 1.

“Hate tends to remain the same as love, because of its  internal structure, unless we do something to mitigate it or we stop feeding it.”

“Forgiveness, together with trust, is one of the two forces that man needs to live, meaning to live in society.”

Less hatred and more forgiveness lead to trust—challenging to live, difficult to apply. It requires effort, will, time, and intelligence. It is always liberating.

Trimero

¿Cómo cambiar el clima? De tumores fríos, agonistas de STING y la importancia del perdón

El fin de semana anterior se llevó a cabo ESMO 2020. Este año la sede era Madrid. No pudo ser. La organización decidió hacer una conferencia virtual. Funciono muy bien. Es de resaltar el impacto de la inmunoterapia en cáncer. Durante el evento fueron presentados varios resultados que pueden cambiar la forma de tratar pacientes con cáncer gástrico, cáncer de esófago, cáncer de vejiga. Esperanza.

En una enterada anterior del blog cubrimos cómo los tumores se consideran fríos o calientes de acuerdo con la cantidad de células T que tienen en su organización. En general, los tumores fríos no responden a inmunoterapia con anticuerpos que bloquean proteínas de co-inhibición como PD-1.

¿Es posible convertir tumores sin células T (fríos) en tumores calientes?

La respuesta mas sencilla es que parece que si. Algunas opciones incluyen:

  1. Quimioterapia: En especial cierto tipo de agentes que inducen muerte celular inmunogenica.
  2. Radioterapia: Algunos efectos de la radio están mediados por el sistema inmune tanto innato como adaptativo. La vía de señalización de IFN de tipo I es responsable de parte del mecanismo de acción.
  3. Virus oncoliticos: Son virus que se reproducen de forma preferente en células tumorales y las eliminan. Dentro de su material genético pueden contener porciones que codifican proteínas de activación del sistema inmune como GM-CSF.
  4. Agonistas de STING: STING es un acrónimo para Stimulator of Interferon Genes. STING es un componente de un sistema de detección de material genético en el citoplasma y que lleva a la producción de INF de tipo I, maduración de células dendríticas y activación de células T.

Activadores farmacológicos de STING son de las estrategias de inmunoterapia mas potentes en modelos animales; melanomas de ratón que son incurables con otras intervenciones son completamente eliminados cuando se inyectan agonistas de STING. Varias compañías han iniciado ensayos clínicos con resultados pobres en monoterapia con administración intratumoral pero mas prometedores en combinación con anticuerpos anti-PD1.  Hace unas semanas en Science dos artículos reportaron el desarrollo de agonistas de STING para usarse por vía sistémica. Veremos como funciona en pacientes.

Para terminar, quiero recomendar un libro publicado hace mas de 10 años pero que nunca deja de ser actual. Durante esta semana los periódicos están inundados de reproches sobre el manejo de la pandemia por el gobierno central y los gobiernos autonómicos. En lugar de entenderse, se sacan los trapos sucios y los errores cometidos por uno y otro bando ahora y hace 20, 30 años o mas. Creo que les vendía bien leer “Heridas en el corazón. El poder curativo del perdón” escrito por el psiquiatra Javier Schlatter. Me gustaría compartir dos apartados del capítulo 1.

“El odio tiende a permanecer al igual que el amor, por su propia estructura interna, salvo que hagamos algo para mitigarlo o dejemos de alimentarlo”

“El perdón, junto con la confianza, una de las dos fuerzas que el hombre necesita para vivir, entendiendo por vivir el vivir en sociedad”.

En resumen, menos odio y mas perdón que desemboca en confianza. Difícil de vivir, difícil de aplicar. Requiere esfuerzo, voluntad, tiempo e inteligencia. Siempre es liberador.

Fire with fire. About CARs and cytokine storm

by

Drawings by Maria Gonzalez Forero MD and Laura Martinez Gonzalez

Versión en español

I have received several comments on the previous blog entry in which I covered RNA vaccines for cancer and infectious diseases.  Thank you! 

Today I want to describe CARs, not the standard four-wheel car. CARs is an abbreviation for Chimeric Antigen Receptors. They are one of the most innovative and exciting therapies from a scientific point of view. There are currently several such treatments approved for some types of leukemia in children and adults.

CARs have two parts: an antibody fraction that recognizes an antigen (e.g., CD19 expressed on leukemia B cells) and a portion with co-stimulatory proteins such as CD137 that activates the T cells.  The protein is encoded by a virus that infects the patient’s lymphocytes. It looks like science fiction. The process is roughly as follows:

1.        Extracting the patient’s T-lymphocytes

2. Infect the lymphocytes with a virus (lentivirus) that produces CAR

3.        Cultivate T-cells and expand them

4.        Patients receive a chemotherapy and radiation therapy protocol to eliminate immunosuppressive cells and allow the CAR cells to function well

5.        Inject the CAR T cells to the patient

6.        Wait and see.

For some types of leukemia, it is a very effective treatment. When activated, the cells are so powerful that they produce vast amounts of TNF, IL-6, and other inflammatory substances. Some cases can turn into a cytokine storm with serious complications. This complication’s treatment is an IL-6 antagonistic antibody that manages to control the storm in most patients.

CARs, although successful in hematological malignancies, have not demonstrated the same effectiveness in solid tumors. Reasons for failure are varied and include not having promising antigens for frequent tumors (such as lung, colon, breast) and mainly because of the neoplastic tissues’ immunosuppressive environment. Solutions? The creativity of researchers has no limits. For the suppressive microenvironment, combine with anti-PD1, for example. 

A week ago, in Science Translational Medicine, a group from the City of Hope Institute in California published a brilliant idea. If the problem is not having useful antigens in solid tumors, why not infect the tumors with a virus that produces a known and effective antigen, such as CD19? The group demonstrates that in animal models, it is possible to use a virus that encodes CD19 and then treat with a CD19- CAR. In this way, they eliminate tumors of the breast, head and neck, colon, and rectum in mice – spectacular!

Another disadvantage of the CARs is the production time that prevents the immediate availability of the therapy. There are several strategies to have CARs ready to use. For those interested, this review is handy.

The first pediatric patient treated with CARs was a 6-year-old with acute lymphocytic leukemia who was refractory to treatment (see video here). There was no hope. At the University of Pennsylvania, she was included in a trial as a last resort. After the cells were infused, the girl suffered a cytokine storm. She almost died. After the storm comes the calm and, in her case, cure, the following evaluation of the disease showed no malignant cells. The child, now a teenager, has been cancer-free for eight years. Amazing!

Fuego con fuego. CARs y tormenta de citoquinas

He recibido varios comentarios sobre la anterior entrada del blog en la cual cubría vacunas de RNA para cáncer y enfermedades infecciosas.  Gracias! 

Hoy quiero describir los CARs. No los carros. No los coches. CARs es una abreviatura de Chimeric Antigen Receptors. Constituyen una de las terapias mas innovadoras e interesantes desde el punto de vista científico. En la actualidad hay varios tratamientos de este tipo aprobados para algunos tipos de leucemia en niños y adultos.

Los CARs están conformados por una fracción de anticuerpo que reconoce un antígeno (ejemplo, CD19 expresado en células B de leucemia) y una porción con proteínas de co-estímulo como CD137 que activa a las células T.  La proteína es codificada por un virus que infecta a los linfocitos del paciente. Parece ciencia ficción. El proceso a grandes rasgos es el siguiente:

  1. Extraer los linfocitos T del enfermo
  2. Infectar los linfocitos con un virus (lentivirus) que produce el CAR
  3. Cultivar las células T y expandirlas
  4. Los pacientes reciben un protocolo de quimioterapia y radioterapia para eliminar células inmunosupresoras y permitir que las células CAR funcionen bien
  5. Inyectar las CAR T al paciente
  6. Esperar

Para algunos tipos de leucemia es un tratamiento muy efectivo. Las células son tan potentes que al activarse producen cantidades ingentes de TNF, IL-6 y otras sustancias inflamatorias. Algunos casos pueden llegar a convertirse en una tormenta de citoquinas con graves complicaciones. El tratamiento para esta complicación es un anticuerpo antagonista de IL-6 que logra controlar la tormenta en la mayoría de los pacientes.

Los CARs aunque exitosos en neoplasias hematológicas, no han demostrado la misma efectividad en tumores sólidos. Las razones para el fracaso son variadas e incluyen no contar con buenos antígenos para tumores frecuentes (como pulmón, colón, mama) y sobre todo por el ambiente inmunosupresor en los tejidos neoplásicos. ¿Soluciones? La creatividad de los investigadores no tiene límites. Para el microambiente supresor, combinar con anti-PD1 por ejemplo.  

Hace una semana en Science Traslational Medicine, un grupo del Instituto City of Hope en California publicó los resultados de una idea genial. Si el problema es no tener buenos antígenos en tumores sólidos, ¿Por qué no infectar a los tumores con un virus que produzca antígeno conocido y eficaz como CD19? En el artículo el grupo demuestra que en modelos animales es posible utilizar un virus que codifique CD19 y después tratar con un CAR atnti-CD19. De esta manera, fueron capaces de eliminar tumores de mama, cabeza y cuello, colon y recto en ratones. ¡Espectacular!

Otro de los inconvenientes de los CARs es el tiempo de producción que impide tener una disponibilidad inmediata de la terapia. Hay varias estrategias para tener CARs listos para usar. Para los interesados, esta revisión es muy útil.

La primera paciente pediátrica tratada con CARs fue una niña de 6 años con leucemia linfocítica aguda refractaria al tratamiento (ver video aquí). No había esperanza. En la Universidad de Pensilvania la incluyeron en un ensayo como último recurso. Después de la infusión de las células, la niña padeció una tormenta de citoquinas. Casi muere. Después de la tormenta viene la calma y la curación. La siguiente evaluación de la enfermedad demostró que no había células malignas. La niña, ahora una adolescente, lleva ocho años libre de cáncer. ¡Sin palabras!

RNA Vaccines, nanoparticles, and the theory of happenings

by
Trimero

Drawings by Maria Gonzalez-Forero MD

Version en Español

Some epidemiology

We have all heard epidemiological concepts, such as the R number and herd immunity during this challenging year. A few days ago, I finished a revealing book, “The Rules of Contagion” by Adam Kucharski. He develops mathematical models of infections to understand the evolution of an outbreak and, in some cases, propose measures to control it. The book is a marvel. The nerds (like me) can reproduce the figures through the data and code available in this link. In eight chapters, the author describes the origin of epidemiology and how the concepts it studies can be applied to a pandemic and a financial crisis or the popularity of a message on social networks. I liked his explanation of the reproduction number or R. R in infection theory is the average number of people a case can transmit the disease. For example, R=2 means that an average patient can infect two other human beings. To be specific, the R number for SARS-Cov2 coronavirus is about 2.5. R for measles varies from 10 to 15!

The reproduction number depends on several factors. An excellent way to remember them, according to Kucharski, is by the acronym DOTS (Duration, Opportunities, Transmission Probability, Susceptibility). In this blog post, I want to focus on the last factor, susceptibility. If a completely new virus appears, in theory, all of humanity can contract the infection. An interesting example is the coronavirus causing the current pandemic. If we want to reduce the susceptible population, there are two options. The first is to let the virus freely circulate and infect most people.  Those who recover will have immunity for a time, will not get sick again, and will not transmit it. Herd immunity eventually arises.

The second alternative is vaccination. Different types of vaccines (live, attenuated, recombinant) can generate protective immunity without causing the disease. Vaccines have been one of the most significant advances in medicine. Deadly ailments, such as smallpox, have entirely disappeared. Some tumors, including liver cancer or cervical cancer, have decreased in recent years by introducing effective vaccines. But, is it possible to produce vaccines to treat cancer patients?

Cancer vaccines

As we saw in a previous blog entry, tumors can generate two types of antigens: tumor-associated antigens (TAS) and tumor-specific antigens (TSE). Several companies have tried to produce TAS vaccines, targeting gp100 protein or MAGE. The results have been negative in several clinical trials.

Likewise, some companies have bet on developing vaccines that stimulate the recognition of tumor-specific antigens. The process is:

1. Sequence all the DNA of a patient’s tumor and normal tissue (blood, for example)

2.  Compare the tumor and normal tissue to find differences (mutations)

3. Test if these differences can produce proteins directed to the cell membrane coupled to the major histocompatibility complex

4. Select the most appropriate neo-antigen candidates and synthesize RNA sequences that make them. In general, between 10-20 RNA sequences of the tumor’s antigens are used

5. Wrap the RNA in a substance that protects it and permits easy cell entry where the neo-antigen RNA is copied and produced. The most common are lipid nanoparticles.

6. Injecting the vaccine and waiting for the patient to produce an immune response to the tumor

The entire process takes between 4-6 weeks. The most interesting data comes from the companies BioNtec and Moderna. These two companies also have RNA vaccines against coronavirus.

Vaccines and coronavirus

The virus that causes COVID-19 disease is known as SARS-CoV-2. It is a large RNA virus that encodes about 20 genes. The coronavirus enters into human cells using the S protein that binds to the  ACE2 receptor present in the lung, intestine, and other organs. Patients infected with this virus produce an immune response from both antibodies and T cells. Since the first cases appeared in January 2020, the knowledge about this disease has increased exponentially.

The two most advanced strategies correspond to RNA vaccines. Both initiatives target the S protein. The results of early trials show that they are generally safe, that they can induce an antibody and T lymphocyte response. Also, current efforts require two doses separated by 3-4 weeks(results here and here). Trials to evaluate their efficacy in large populations against a control group are nearing completion. It will then be necessary to wait for a follow-up period to assess the data and conclude whether these vaccines can prevent COVID.

In addition to  RNA, vaccines based on viral platforms are also completing clinical trials. The University of Oxford initiative uses an adenovirus expressing the coronavirus S protein. Phase III trials are well advanced.

We will learn the vaccines’ effectiveness and safety in more than 80,000 patients in a few months. In summary, data is encouraging, but full approval and wide distribution require patience. The scientific progress from identifying the virus to having several vaccine candidates is spectacular.

Today my youngest daughter starts school. After six months without going to class, she was very excited. There are several precautionary measures to ensure that everything goes well. See you next time!

Vacunas, velocidad y teoría de los eventos

Algo de epidemiología

Durante este año difícil, todos hemos escuchado conceptos sobre epidemias como el número R y la inmunidad de grupo. Hace unos días terminé de leer “The Rules of Cotagion” por Adam Kucharski que es un matemático que hace modelos de infecciones para comprender la evolución de un brote y en algunos casos proponer medidas para controlarlo. El libro es una maravilla. Para los nerds es posible reproducir las figuras a través de los datos y código de este enlace. En ocho capítulos el autor describe el origen de la epidemiología y cómo los conceptos que estudia pueden ser aplicados a una pandemia, pero también a una crisis financiera o a la popularidad de un mensaje en las redes sociales. Me gustó bastante la explicación que hace de R o número reproductivo. R en una infección es el número promedio de personas al que un caso puede trasmitir la enfermedad. Por ejemplo, R=2 significa que un paciente en promedio puede infectar a otros dos seres humanos. Para concretar, el número R del coronavirus SARS-Cov2 es cercano a 2.5. ¡R para sarampión esta entre 10-15!

El número reproductivo depende de varios factores. Una buena forma de recordarlos, de acuerdo a Kucharski, es por el acrónimo DOTS (Duration, Opportunities,Transmision Probabilty, Susceptibility). Quiero en esta entrada del blog fijarme en el último factor, susceptibilidad. Si aparece un virus completamente nuevo en teoría toda la humanidad puede contraer la infección. Es el caso del coronavirus causante de la pandemia actual. Para disminuir la población susceptible existen dos opciones. La primera es dejar libremente que el virus siga su camino hasta infectar a la mayoría de la población.  Los recuperados tendrán inmunidad durante un tiempo, no enfermarán de nuevo y tampoco trasmitirán al patógeno (inmunidad de grupo).

La segunda alternativa es la vacunación. Existen diferentes tipos de vacunas que mediante formas del agente infectante (atenuadas, componentes de su estructura) pueden generar inmunidad protectora sin causar la enfermedad. Las vacunas han sido uno de los avances principales de la medicina. Algunas enfermedades como la viruela han desaparecido. También, los casos de algunos tumores como el cáncer hepático o el cáncer de cérvix han disminuido en los últimos años por la introducción de vacunas efectivas. ¿Es posible producir vacunas para tratar pacientes con cáncer?

Vacunas contra el cáncer

Cómo vimos en una entrada anterior del blog, los tumores pueden generar dos tipos de antígenos: antígenos asociados a tumor (TAS) y antígenos específicos de tumor.(TSE)  Varias compañías han tratado de producir vacunas frente a TAS como la proteína gp100 o MAGE. Los resultados hasta ahora han sido negativos en varios ensayos clínicos.

De la misma forma, algunas empresas han apostado por desarrollar vacunas que estimulen el reconocimiento de antígenos específicos. El proceso puede resumirse en los siguientes pasos:

  1. Secuenciar todo el ADN de un tumor del paciente y de un tejido normal (sangre por ejemplo)
  2. Comparar el tumor y el tejido normal para encontrar diferencias
  3. Probar si estas diferencias pueden presentarse en la membrana celular acopladas al complejo mayor de histocompatibilidad
  4. Elegir los candidatos mas apropiados y producir secuencias de ARN que los produzcan. En general se usan entre 10-20 secuencias de ARN de antígenos propios del tumor
  5. Envolver el ARN en una sustancia que lo proteja y que le permita entrar a las células para ser copiado y producido. Los mas comunes son nanopartículas de lípidos.
  6. Inyectar la vacuna al paciente y esperar a que produzca una respuesta inmune frente a su propio tumor

Todo el proceso anterior tarda entre 4-6 semanas. Los datos mas interesantes vienen de las empresas BioNtec y Moderna. Estas dos compañías tienen también vacunas de RNA frente al coronavirus.

Vacunas y coronavirus

El virus que produce la enfermedad COVID-19 se conoce como SARS-CoV2. Es un virus RNA grande que codifica alrededor de 20 genes. La entrada del coronavirus a las células humanas esta mediada por la proteína S que se une a su receptor ACE2. Las personas infectadas por este virus producen una respuesta inmune tanto de anticuerpos como de células T. Desde que se identificaron los primeros casos en enero de 2020 el conocimiento sobre esta enfermedad ha aumentado de forma exponencial. Para generar una vacuna se ha utilizado como diana la proteína S.

Las dos estrategias mas avanzadas corresponden a vacunas de RNA. Los resultados de ensayos tempranos muestran que en general son seguras, que pueden inducir una respuesta de anticuerpos y de linfocitos T. También hasta ahora requieren dos dosis separadas entre 3-4 semanas. Los ensayos para evaluar su eficacia en grandes poblaciones frente a un grupo control están cerca de terminar la inclusión de pacientes. Después habrá que esperar a un tiempo de seguimiento para evaluar los datos y saber con certeza si estas vacunas son eficaces para prevenir la infección por el coronavirus.

Además de utilizar RNA también están en pruebas vacunas basadas en plataformas virales. La iniciativa de la Universidad de Oxford utiliza adenovirus que también codifica para la proteína S del coronavirus. Los ensayos de Fase III también están muy avanzados.

En resumen, datos alentadores pero que requieren paciencia. En unos meses tenderemos conocimiento de la efectividad y seguridad de varias vacunas en mas de 80.000 pacientes. La velocidad con la que se ha avanzado desde identificar el virus hasta tener varios candidatos de vacuna es espectacular.

Hoy empieza el colegio mi hija menor. Después de seis meses sin ir a clase estaba como es natural muy emocionada. Varias medidas de precaución para que todo salga bien. Hasta la próxima!

Coronavirus, amazing llamas, and antibodies. And more recommended books

by
Trimero

Drawings by Maria Gonzalez-Forero MD

After a few days of rest, work begins again. Great! I hope to be more consistent with the blog and complete a post at least once a week. I also want to finish the R programming course that I have pending. My daughters start school next week with the number of new cases of coronavirus growing day by day. Let’s hope that the protective measures at school are effective. An excellent way to remember this is through the 3M mnemonic: Mask, meters (safety distance), and hands (frequent handwashing). 

In this text of the blog, I want to continue with the antibodies. Several articles have appeared highlighting the importance of some natural forms of abs with therapeutic potential. We saw that an antibody molecule has two light chains and two heavy chains organized in a variable region and a constant region in the previous entry. A particular case corresponds to camels and llamas that do not produce conventional antibodies. They generate nanobodies. Nano-what?

Nanobodies are composed only of heavy chains, and the antigen-binding site does not have a portion of light chains. Some exciting features include their smaller size and also excellent stability against temperature changes. Also, they can bind with greater affinity to their specific ligand. Several advantages. The team that discovered the nanobodies in Belgium later formed a company with various cancer therapies in development. It is possible to build nanobodies with binding sites to different molecules such as PD-1 and LAG-3 using molecular engineering tricks.  Even in this pandemic, researchers in Boston and Amsterdam have produced nano-abs that recognize and block protein S interaction with human cells.  The stability of these compounds is remarkable- it is even possible to nebulize them! It looks like science fiction.

Two strategies will help us to achieve a normal life. Not a “new normal.” The first is to have effective treatments that attack the virus. Powerful anti-virals. Several in development. One approved with marginal efficacy. The second option is to have a safe and effective vaccine that activates at the same time the humoral system (production of antibodies) and cellular system (T lymphocytes that destroy cells infected by the coronavirus). More than 30 vaccine projects are in clinical trials—data expected by (maybe) the end of the year. An intermediate solution is antibodies that block the entry of the virus into the cells. Multiple initiatives of this type are also in clinical trials—science at the service of humanity.

To finish another recommended book. “La Piel” by Sergio del Molino. It deals with psoriasis from the author’s perspective. It also describes how this autoimmune disease affected historical figures such as Stalin, Nabokov, and Cyndi Lauper. Fascinating! The treatment for this disease is a human monoclonal antibody!  See you next time!