VIII International Symposium on Chemistry and Pharmaceutical Sciences

VIII Conference "Chemical Sciences"

Longevity, Aging and Cancer: Thermodynamics and Complexity

Abstract

From the perspectives of the thermodynamics of irreversible processes and the theory of complex systems, a characterization of longevity and aging and their relationships with the emergence and evolution of cancer was carried out. It was found that: 1) the rate of entropy production could be used as an index of the robustness, plasticity, and aggressiveness of cancer, as well as a measure of biological age; 2) the aging process, as well as the evolution of cancer, goes through what we call a “biological phase transition”; 3) the process of metastasis, which occurs during the epithelial–mesenchymal transition (EMT), appears to be a phase transition that is far from thermodynamic equilibrium and exhibits Shilnikov chaos-like dynamic behavior, which guarantees the robustness of the process and, in turn, its unpredictability; 4) as the ferroptosis process progresses, the complexity of the dynamics that are associated with the emergence and evolution of cancer decreases. The theoretical framework that was developed in this study could contribute to a better understanding of the biophysical and chemical phenomena of longevity and aging and their relationships with cancer.

Resumen

Desde las perspectivas de la termodinámica de los procesos irreversibles y la teoría de los sistemas complejos, se realizó una caracterización de la longevidad y el envejecimiento y sus relaciones con la aparición y evolución del cáncer. Se encontró que: 1) la velocidad de producción de entropía podría usarse como un índice de la robustez, plasticidad y agresividad del cáncer, así como una medida de la edad biológica; 2) el proceso de envejecimiento, así como la evolución del cáncer, pasa por lo que llamamos una “transición de fase biológica”; 3) el proceso de metástasis, que ocurre durante la transición epitelial-mesenquimatosa (EMT), parece ser una transición de fase que está lejos del equilibrio termodinámico y exhibe un comportamiento dinámico similar al caos de Shilnikov, lo que garantiza la robustez del proceso y, en a su vez, su imprevisibilidad; 4) a medida que avanza el proceso de ferroptosis, disminuye la complejidad de las dinámicas que están asociadas con la aparición y evolución del cáncer. El marco teórico desarrollado en este estudio podría contribuir a una mejor comprensión de los fenómenos biofísicos y químicos de la longevidad y el envejecimiento y sus relaciones con el cáncer.