Cadeira de Mecanismos da Doença Curso de Engenharia Biomédica NEOPLASIA Luis Costa

Cadeira de Mecanismos da Doença

Curso de Engenharia Biomédica

NEOPLASIA

Luis Costa

Módulo Neoplasia

Introdução: importância epidemiológica

Aula: principais conceitos sobre neoplasiasCaracterizaçãoNomenclaturaClassificaçãoFactores etiológicos e OncogéneseComportamento clínicoRepercussões no HospedeiroDiagnósticoPerspectivas Terapêuticas e Prevenção

Artigos: reflexão e discussão

Resumo

US data, 1994

US data, 1994

US data, 1994

US data, 1994

Cancer Mortality Rates over the Past 50 Years

EBCTCG, Lancet 2005 (in press)

5-Year Relative Survival with Breast Cancer

EBCTCG, Lancet 2005 (in press)

Definições:

Neoplasia = crescimento (proliferação) celular anormal

Neoplasia = Tumor

Cancro = Neoplasia (Tumor) Maligno

Definições:

“A neoplasm is an abnormal mass of tissue, the growth of whichexceeds and is uncoordinated with that of the normal tissues andpersists in the same excessive manner after cessation of the stimuliwhich evoked the change.”

Willis, 1952

Proliferação celular: crescente, despropositada, autónoma, interferecom o hospedeiro

Classificação, nomenclatura:

ComportamentoBenigno versus Maligno

Crescimento lento rápido

Semelhança comO tecido de origem(Diferenciação) sim não

Limites definidos indefinidos

Invasão não sim

Metastização não sim

Carcinoma intraducto (tipo cribiforme)

Carcinoma ductal invasivo pouco diferenciado

Características dos tumores malignos:

-Crescimento autónomo-Indiferenciação (diferentes graus)-Invasão dos tecidos-Metastização = capacidade de surgirem novos clones tumorais

em orgãos distantes

O tumor maligno se não for tratado mata o hospedeiro...


Célula de origem (histogénese)Células epiteliaisTecido conjuntivo

Orgãos hematopoiéticos e linfoides

Todos têm o sufixo “-oma”, excepto as leucemias

Célula epitelial Carcinoma (maligno); Adenoma (benigno)

Célula do tecido conjuntivo Sarcoma (maligno); Fibroma (benigno)

Tecido linfoide Linfoma

Tecido Hematoipoético Leucemia


Os carcinomas são as neoplasias mais frequentes e podem-se ainda subdividir em:

Adenocarcinoma origem em epitélio glandular ex. adenocarcinoma da próstata

adenocarcinoma do estômago

Carcinoma do epitélio de transição ex. origem na bexiga

Carcinoma pavimento celular ex. origem no pulmão, no esófago...

Oncogénese:

Displasia

Carcinoma in situ

Carcinoma invasivo Com potencial metastático

Sem potencial metastático

Alteração reversível da Diferenciação celular

Oncogénese:

A maioria dos cancros são atribuíveis a causas exógenas

Alguns carcinogéneos podem ser identificados a partir deestudos epidemiológicos

Muitos carcinogéneos requerem co-factores

Existe um intervalo longo entre a exposição ao carcinogéneoe a detecção clínica do cancro

Oncogénese:

Os carcinogéneos podem ser detectados a partir de:

-Estudos epidemiológicos-Avaliação do risco ocupacional-Exposição directa acidental-Efeitos carcinogénicos em animais-Efeito transformador de culturas celulares-Testes sobre o efeito mutagénico nas bactérias

Nutrição na Etiologia e Prevenção do Cancro

Prevenção primária

População em geral

População em risco:-história familiar-lesões pré-malignas

Prevenção secundáriaDoente tratado:-↓ risco de recidiva-↓ complicações da terapêutica

Ausência de estudos prospectivos controlados.Estudos epidemiológicos; investigação laboratorial

Nutrition in the Etiology and Prevention of Cancer, Steven K. Clinton et al inCancer Medicine, 2003

Alcool: ↑ risco de carcinoma do colon e recto

↑ Folatos e Metionina: mitiga o efeitodo alcool

Alcool provoca modificações nosgrupos metil do DNA

Public Health Guidelines for Cancer Prevention*

*Nutrition in the Etiology and Prevention of Cancer, Steven K. Clinton et al inCancer Medicine, 2003

Consume a minimum of five servings of fruits and vegetables each day and a variety of whole grains and cereals.

Consume a low-fat diet

Maintain a healthful weight

Participate in physical activity daily and moderate-to-vigorous exercise several days each week

Alcohol, if consumed at all, should be limited

Dietary supplements are probably unnecessary in the context of a healthy diet

Oncogénese:

Químicos:Hidrocarbonetos aromáticos policíclicosTabacoAnilinas

...Virais:Vírus da Hepatite B e C Papiloma vírus humano (HPV)Epstein Barr

...Agentes Físicos:Radiações ionizantesRadiações ultraviloleta

Hormonas:Estrogénios

Fungos:Aflatoxinas

Bactérias:H. Pylori

Parasitas:Shistosomíase

Outros:Asbestos

Oncogénese:

Frequentemente a acção dos agentes exógenos na carcinogéneseé multifactorial.

Por exemplo: tabaco e alcool para o carcinoma da laringe ou doesófago.

O tabaco contém vários compostos carcinogéneos: hidrocarbonetos aromáticos (benzopireno),N-nitrosaminas, aminas aromáticas, aldeídos, arsénico, crómio, polónio 210...

O alcool pode aumentar o efeito carcinogéneo da N-nitrosodimetilamina e leva à formação deacetaldeído (composto reactivo que interfere com a reparação do DNA)

• A Carcinogénese é um processo por etapas

• Iniciação (lesão de macromoléculas)• Promoção- Conversão (fenotipo neoplásico)- Propragação (expansão clonal)• Progressão (acumulação de outras

alterações genéticas)

Oncogénese:

A célula tumoral resulta de modificações genéticas (mutações) que ocorrem numa célula normal.

Activação de Oncogenes

Perda de função dos genes oncossupressores

Uma vez ocorridas as alterações genéticas, sucessivas e adicionais,as células adquirem o fenotipo/comportamento de uma célula neoplásica maligna.

Oncogénese:

Proto-oncogenes:Genes que regulam o crescimento e a diferenciação celular

Genes oncossupressores:Inibem a replicação celular nas células que contêm “defeitos”genéticos e programam as células para a morte (apoptose)

Carcinogénios

Proto-oncogenes Oncogenes

Genes oncossupressores perdem função

Inactivam

activam

Carcinogénios

ONCOGÉNESE

Activação de oncogenes

Perda de função de genes supressores

CÉLULA NORMAL

CÉLULA NEOPLÁSICA

Agentes físicos

Agentes químicos

Agentes virais

- crescimento não controlado

- perda de diferenciação

- capacidade de invasão,

metastização

ONCOGENES

Codificam oncoproteínas:

factor de transcricção (myc)actividade tirosinacinase (src, bcr-abl)factor de crescimento (PDGF)receptor para factor de crescimento (C-cerbB2)actividade GTPase (ras)

Localização de productos dos oncogenes

Sobreexpressão de CerbB-2 por imunohistoquímica,num caso de carcinoma da mama.

Exemplos de Tumores em queOncogenes estão activados

K - RAS Pâncreas, Cólon, Pulmão

CerbB-2 Mama, Ovário(HER2 -NEU)

MYC Linfoma, Esófago

BCR - ABL Leucemia Mieloide Crónica

C-Kit GIST (T. estroma GI)

Doença Neoplásica Oncogenes

Exemplos de genes oncossupressores:

- TP 53

- BRCA1

- BRCA 2

Doença Neoplásica Genes Oncossupressores

Os casos de transmissão genética de elevada predisposião para cancro (cerca de 5%dos cancros) devem-se geralmente à modificação dos genes oncossupressores nascélulas germinativas

As células neoplásicas dependem de factores de crescimento: acção parácrina,acção autócrina

Determinação do Receptor de Estrogénio por IHC num caso de carcinoma da mama.O carcinoma da mama, na pós-menopausa, é habitualmente hormonodependente.

Técnica de Imunohistoquímica para determinação dos receptores de estrogénio

Biologia da célula tumoral:

Uma vez transformada a primeira célula, esta gera outras células –células filhas – também com carcaterísticas de células neoplásicas (herdaram as alterações genéticas da célula mãe). Gera-se assim a população tumoral.

Moléculas de adesão

Matriz extracelular, estroma.

Célula epitelial maligna


Características da população celular

Clonal

Autónoma

Anaplásica

Capaz de invadir e metastizar


Indicadores de transformação das células neoplásicas

Aumento da actividade glicolítica ( consumo de glicose, produção de lactato)

Perda da inibição por contacto

Estimulação autócrina do crescimento

Produção anormal de proteínas e síntese de proteínas anormais(hormonas ectópicas, -fetoproteína, antigénio carcinoembrionário-CEA)

Multiple liver and upper abdominal 18FDG-accumulating metastases

Joensuu et al. N Engl J Med. 2001;344:1052-1056.

Exemplo do aumento da actividade glicolítica nos tumores


Aquisições fenotípicas em todos os cancros*

Instabilidade genética

Alteração de circuitos de regulação (alt. TP53)

Manutenção de telómeros ( da sobrevida)

Estimulação mitogénica ( dependência de F.cresci.)

Angiogénese

Capacidade de invasão/metastização: ?? mecanismos

*W.C. Hahn, R.A. Weinberg: Rules for Making Human Tumor CellsN Eng Journal of Medicine; 347: 1593-1603, 2002

Angiogénese tumoral

Uma massa tumoral não pode crescer para além dos 2 mm3 sem formar novos vasos.Para que ocorra uma eficiente transferência de nutrientes para ascélulas tumorais, estas não devem distar mais do que 200 m doscapilares sanguíneos.

The VEGF Family

Endothelial Cell

PIGF VEGF VEGF-B VEGF-CVEGF-D

Flt-4(VEGFR-3)

Flk-1/KDR(VEGFR-2)

Flt-1(VEGFR-1)

Neuropilin-1

VEGF-E

VEGF Activates Angiogenic Pathways

VEGF VEGFVEGF

KDR-KDR KDR-Flt 1Flt 1-Flt 1

Actin cytoskeletonreorganization

Cell modify & migration

FAK phosphorylationPaxillin phosphorylation

Vinculin assembly Growthmitosis

Gene induction

MMPs

Flt 1

Endothelial Cell

ANGIOGENESIS

Cancer Angiogenic Correlation With

Type Factor Poor Prognosis

Breast VEGF positivebFGF none/reverse

PD-ECGF positive

Colorectal VEGF positivebFGF positive/nonePD-ECGF positive/reverse

Lung VEGF positivebFGF positive/nonePD-ECGF positive

VEGF Is Overproduced in the Majority of Human Cancers


Capacidades para metastização

Perda de moléculas de aderênciaEx. caderinas

Factores de motilidade integrinas, paxilinaDegradação da matriz EC:

Metaloproteinases (MMPs)

Angiogénese:VEGF, MMPs

Moléculas de adesão:CD44

Resistência àsDefesas: AgMHC1

Bone Metastases — Pathophysiology

Introduction

Osteoclast

Bone resorptionUncalcified matrix

Calcified bone

New bone formation

IL-1 Interleukin 1 IL-6 Interleukin 6 TNF Tumour necrosis factor TGF Transforming growth factor ( and ) EGF Epidermal growth factor PGE Prostaglandin E PTH-rP Parathyroid hormone-related protein GM-CSF Granulocyte macrophage colony-stimulating factor

IL-1 IL-6 TNF TGFEGF

PGEProcathepsin D

PTH-rP

Immune cell

Active TGF- IL-6

IL-1TNF

GM-CSF

Collagenase

Osteoblast

Tumor cell

Osteoclast

OsteoblastPTH-rp

TGF-, IL-6

No processo de metastização a relação célula-célula e célula-matrizsão muito importantes.

Focos de hiperfixantes na Cintigrafia óssea.Metástases ósseas

Metástases ósseas osteolíticas na cabeça do fémur e no isquion

Metástases ósseas osteoblásticas nos osssos ilíacos da bacia

Biologia da célula tumoral / crescimento das neoplasias:

Cinética da População Neoplásica:

Tempo de duplicação

Fracção proliferativa

Balanço multiplicação / morte celular


Célula normal

Célula tumoral

Tumor com 1 cm= 109 células

Tumor com 1 Kg= 1012 células

Morte dohospedeiro


Curva Gompertziana do crescimento tumoral

O aspecto sigmoide reflecte as células em crecimento e as células que morrem

Cinética celular

MG2

G1

S

Go: as células estão quiescentes, fora do ciclo replicativo, mas podem a qualquer momento entrar em ciclo”

Biologia tumoral / crescimento das neoplasias

MORTE CELULAR

Implicações da cinética tumoral nos tratamentos

Skipper

Norton e Simon

Goldie, Coldman, Schimke

Skipper (1979)

A sobrevida do doente está em função do volume tumoral(depende do tempo de duplicação tumoral)

Um citostático administrado na mesma dose e com a mesma regularidade leva à morte de uma fracção constante da população tumoral: “Fraccional cell kill”


A lei de Skipper pressupõe que a cinética celular é para todas as células tumorais.Isto é, não existem células em fase G0.Todavia, sabemos que a cinética celular nos tumores volumosos é heterogénea.



Hipótese de Norton e Simon (1986)

Os tumores pequenos têm a maior fracção de células em crescimento.

Nos tumores muito volumosos a fracção em replicação é menor.

No meio da curva (Gompertziana) o crescimento é mais acelerado, porisso, nesta fase testa-se melhor os efeitos dos citostáticos.

A redução, inicial, da população tumoral por cirurgia, radioterapia ou fármacos não específicos de ciclo, levama que as células residuais entrem em ciclo, em multiplicação


Conceito de Goldie, Coldman e Schimke (1984)

Os tumores são heterogéneos também no que respeita às característicasbioquímicas.

Ocorrem mutações espontâneas, 1 em cada 105-106 divisão celular, que levamà aquisição de resistência aos citostáticos.

Com a continuação da quimioterapia seleccionam-se clones resistentes.

Combinação de citostáticos: fracção de população sensível,evitar toxicidades cumulativas

• Exemplo no cancro da mama / Doença locoregional

CLASSIFICAÇÃO DAS NEOPLASIASESTADIAMENTO

T1

N1Estadio II

Se fosse T1

N0

Estadio I

T=1,5 cm

N=3 gânglios

com tumor

Lesão com cerca de 1 cmdetectada na mamografia e que correspondia a carcinoma da mama

Carcinoma da mama localmente avançado

Localizações mais frequentes para metastizaçãono carcinoma da mama

Efeitos do cancro no Hospedeiro

Efeitos locais do tumor primário

Efeitos à distância das metástases

Efeitos paraneoplásicosEfeitos pela competição biológica com o hospedeiroEfeitos provocados pela produção hormonal ectópica...

Caso de carcinoma do cólon localizado no Cego

Os tumores do cego podem manifestar-se somente por anemia ferropénica

•O Cancro em estádio avançado manifesta-se

sobretudo pelas localizações METASTÁTICAS.

•Os orgãos mais frequentemente atingidos por

METÁSTASES são: Fígado, Osso, Pulmão, Cérebro.

Manifestações Clínicas

• Algumas neoplasias em estado avançado, durante a sua história natural podem apresentar metástases somente num orgão alvo. Ex: Osso no C. da Mama ou C. da Próstata

Fígado no C. do Cólon

• Estas diferenças podem determinar esperanças de vida diferentes dentro de um mesmo tipo de cancro


• Alguns cancros têm locais preferenciais para metastização.

• As metátases ósseas são muito frequentes no carcinoma da Mama, carcinoma da Próstata, carcinoma da Tiróideia, carcinoma do Rim.


• Quadro clínicos mais frequentes, consoante a localização mas metastases

Cérebro Cefaleias Convulsões Sinais focais Alterações do comportamento

Exames complementares para o diagnóstico : TAC crânio encefálico, ressonância magnética

–


Metástase cerebral num caso de carcinoma da mama

• Quadros clínicos mais frequentes, consoante a localização das metastases:

Osso Dor Fractura patológica Compressão medular Hipercalcemia

Exames complementares para o diagnóstico: RX do esqueleto, cintigrafia óssea, TAC (se coluna)


Metástase óssea na coluna vertebral com compressão da espinal medula

• Quadros clínicos mais frequentes, consoante a localização das metastases:

Pulmão/Pleura Dispneia Tosse Hemoptise

Exames complementares para o diagnóstico: RX do torax TAC torax


Derrame pleural metastático e infiltração pulmonar neoplásica

TAC: derrame pleural metastático

Metástases hepáticas visualizadas por tomografia axial computorizada (TAC)

• Emagrecimento• Anorexia• Adinamia• Febre

• Alteração do “Performance status”

• Anemia• Imunodepressão• Hipercalcemia

Manifestações sistémicas do cancro


Terapêuticas antineoplásicas

Cirurgia

Quimioterapia

Radioterapia

Hormonoterapia

Targetedtherapy

Remove as massas tumorais conhecidas

Mata células em divisão, incluindo as que estãoadjacentes ao tumor

Mata as células que estão em divisão/replicaçãorápida

Inibe o crescimento e a sobrevivência das células tumorais hormonodependentes

Inibe processos específicos, necessários àsobrevivência das células tumorais

INTUITO CURATIVO

• O objectivo é eliminar toda a população neoplásica (a local e as eventuais micrometástases)

• Nas doenças locoregionais implica quase sempre o recurso à cirúrgia

• Algumas doenças oncológicas, mesmo em estadio avançado são curáveis com terapêutica sistémica Ex: tumores germinativos

TerapêuticaDoença Neoplásica

INTUITO PALIATIVO

O objectivo consiste em melhorar a qualidade de vida do doente e prolongar a sobrevida.

Resulta do balanço entre: eficácia na terapêutica antineoplásica e efeitos adversos provocados


Eficaz no controlo da doença • Cirurgia

oncológica O menos MUTILANTE possível Informadora sobre o estado

LOCO REGIONAL

Ex: Cirurgia conservadora no cancro da mama quadrantectomia + esvaziamento axilar


Cirurgia Radioterapia

Terapêutica local

Quimioterapia Hormonoterapia Modificadores de

resposta biológica

Terapêutica médica

Radioisotopos


RADIOTERAPIA

Adjuvante

Neoadjuvante

Paliativa


• Indicações para radioterapia paliativa:

– Metástases ósseas• Com risco de factura (colo do fémur)• Com risco de compressão medular (coluna vertebral)• Com quadro álgico intenso

– Metástases cetebrais

– Etc


Radioterapia

Clinical Oncology, second editionMartin D. Abeloff

Probabilidade decontrolo do tumorou de complicações

Dose 1 2

Relação dose-resposta na radioterapia: acção antineoplásica e risco de complicações

Dose 2: um pequeno aumento na probabilidade do controlo da população tumoral reflecte-senum aumento significativo na toxcidade

Acção anti-tumoral complicações

100 %

Radioterapia

Radioterapia

Os aceleradores lineares modernos permitem uma rotação de 360 graus à volta de um ponto no espaço denominado por isocentro

Citostáticos

Associação de Fármacos

Dose Efeito Toxicidade

Sem margem terapêuticaponderar toxicidades

Espectro de actividade


The Gompertzlan growth curve. During the early stages of its development a tumor’s growth is exponential. But as a tumor enlarges, the growth slows. By the time a tumor becomes large enough to cause symptoms and be clinically detectable, the majority of its growth has already occurred and is no longer exponential.



Tumores que podem ter indicação para Quimioterapia adjuvante

Cancro da Mama Cancro Colo-Rectal Cancro Ovário Sarcomas (ossos) .....


Doença Loco-Regional(Tumor primário e glânglios regionais)

Cirurgia±

Radioterapia

• Risco de Recidiva

•Terap. médica eficaz

ELIMINAÇÃO DEMICROMETÁSTASES

TERAPÊUTICAMÉDICA

ADJUVANTE

• Baixo risco de recidivaou

• sem Terap. médica comprovada

“SÓVIGILÂNCIA”

Estratégia terapêutica

Tumores em estado avançado que podem ser curados com quimioterapia

Tumores embrionários (Ex: Testículo)

Linfomas

Leucemias

alguns Sarcomas


Tumores em estado avançado com indicação para quimioterapia paliativa

Cancro da mama

Cancro do ovário

Cancro do cólon e recto

Cancro do estômago

Cancro da cabeça e pescoço

Cancro do pulmão

.... Outros


HORMONOTERAPIA

Opção valiosa para os tumores hormono-dependentes (C. da mama, C. Próstata, C. endométrio)

Objectivo: Suprimir /antagonizar a acção das hormonas que estimulam o crescimento da neoplasia.


HORMONOTERAPIA NO CANCRO DA MAMA:Mecanismos de acção

Hipófise

Suprarenais

Ovários

Androgénios

Estrogénios

Tumor da

mama

Metastases

LHFSH

aromatase

E2

(estradiol)“factor de crescimento”


Modificadores de resposta biológicaModificadores de resposta biológica

- Interferon : C. Rim; Melanoma; T. neuroendócrinos; Leucemia Mielóide Crónica, ...

Terapêutica molecularTerapêutica molecular- Anticorpos monoclonais (ex.Trastuzumab)

- Inibidores de tirosina cinases


TK1

TK2

ExtracellularJuxtamembrane

Intracellular Juxtamembrae

EXON 9 (~5%–10% of mutations)

EXON 11 (~70% of mutations)

EXON 13 (~5% of mutations)

EXON 17 (~5 % of mutations)

• Gene maps between 4q11 and 4q121

• 21 exons

c-kit Gene Mutations in GISTs

Kinase insert

Ligand (SCF)-binding

Proposed Mechanism ofAction of Imatinib

NucleusSig

nal

Tra

nsd

uct

ion

Pat

hw

ays

Act

ivat

edc-

Kit

Rec

epto

r

Pre-imatinib Imatinib

Blocks ATPbinding

Signal TransductionPathways Inhibited

CellmembraneATP binds to

kinase portion of receptor

Joensuu et al. N Engl J Med. 2001;344:1052-1056.

Imatinib and GIST: 18FDG-PET Scan

Multiple liver and upper abdominal 18FDG-accumulating metastases

A marked decrease in 18FDG uptake

4 weeks after starting imatinib

CT Scan Results: Decrease in Tumour Volume

June 27, 2000 October 4, 2000

Before imatinib After imatinib

Comparison of CT and PET Scan Results

July 3, 2000 October 5, 2000

Before imatinib After imatinib

Apresentação e Discussão dos Artigos

Randomized study of two dose of cisplatin with cyclofosfamide inepithelial ovarian cancerStanley B.Kaye et alLancet, August-1992

Sequential or alternating doxorubicin and CMF regimens in breast cancer with more than three positive nodesTem-Year resultsGianni Bonadonna et alJAMA, February-1995

Randomized study of two dose of cisplatin with cyclofosfamide inepithelial ovarian cancerStanley B.Kaye et alLancet, August-1992

Skipper

Norton e Simon

Goldie, Coldman, Schimke

Sequential or alternating doxorubicin and CMF regimens in breast cancer with more than three positive nodesTem-Year resultsGianni Bonadonna et alJAMA, February-1995

Como explicar os resultados ?

CMFA

A

AA

CMFA

CMFA

CMF

CMFA

CMFA

CMFA

População tumoral (micrometástases)antes da quimioterapia

A=sensível à adriamicina (doxorubicina); CMF=sensível a CFF, MTX, 5-FU

AAAA

A A CMF

CMFCMF

CMF

CMF

CMF

A CMF

CMF

CMFCMF

CMF

CMF

CMFAA

AAA A

População tumoral

AAAA

A A CMF

CMFCMF

CMF

CMF

CMF

CMF

CMFCMF

CMF

CMF

CMFAA A

População tumoral

A / CMF / A /CMF

VEGF Is Required for Developmental Angiogenesis

Adaptado de "Clinical Oncology", Abeloff et al 1995

Evolução da Doença Neoplásica

Estratégia de Intervenção

Prevenção Primária

PrevençãoSecundária

TerapêuticaPrevençãoTerciária

Quimioprevenção

Iniciação Promoção Conversão Progressão

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