1. Principi di Oncologia Sperimentale 2. Oncologia sperimentale di laboratorio introduzione

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1 1. Principi di Oncologia Sperimentale 2. Oncologia sperimentale di laboratorio introduzione 1. AAS Triennale (2CFU) 2. AAS Magistrale (3CFU) 1 S. BENINATI

2 IL TUMORE In patologia, un tumore o neoplasia èuna massa abnormale di tessuto che cresce in eccesso e in modo scoordinato rispetto ai tessuti normali, e persiste in questo stato dopo la cessazione degli stimoli che hanno indotto il processo

3 La crescita incontrollata e scoordinata, a scapito dell'omeostasi tissutale, di un gruppo di cellule è determinata da alterazioni del loro proprio patrimonio genetico, ed è alla base di una vasta classe di malattie

4 Queste malattie sono classificate per diverse caratteristiche, ma principalmente in tre modi: 1. secondo il tipo istologico originario delle cellule proliferanti, principalmente in tumori epiteliali, mesenchimali, delle cellule del sangue o del tessuto nervoso; 2. secondo l'aggressività e il decorso clinico previsto, in tumori benigni (non cancerosi) e tumori maligni (cancerosi, o cancro); 3. secondo la stadiazione tumorale, o Classificazione TNM, per quanto riguarda i tumori maligni.

5 Affinché una cellula diventi tumorale, deve accumulare una serie di danni al suo sistema di controllo della riproduzione. Infatti il cancro è una malattia genetica delle cellule somatiche. Tutte le cellule cancerose e precancerose presentano alterazioni, spesso molto estese, del loro assetto cromosomico (cariotipo): il numero di cromosomi presenti nel loro nucleo può essere alterato e i cromosomi stessi sono danneggiati, multipli o mancanti (aneuploidia):

6 L'alterazione cromosomica delle cellule tumorali è talmente estesa da fornire la prova che in ogni caso di tumore tutte le cellule cancerose discendano da una unica cellula madre mutata (popolazione cellulare clonale) Tutte le cellule tumorali infatti condividono la stessa esatta forma di danno genetico, tanto complessa da rendere altamente improbabile l'eventualità di due cellule madri diverse che hanno subito per caso la stessa serie di mutazioni.

7 Alla base della patogenesi del tumore c'è la mutazione di determinati geni: i proto-oncogeni, i geni oncosoppressori, i geni coinvolti nella riparazione del DNA.

8 Le mutazioni necessarie che una data cellula deve accumulare per dare origine a un cancro sono i seguenti, e sono comuni a tutti i tipi di cancro: 1. acquisizione dell'autonomia moltiplicativa per sopravvenuta incapacità a sottostare ai meccanismi regolatori della proliferazione cellulare; 2. assenza di inibizione dipendente dalla densità (le cellule normali si moltiplicano fino a una definita densità cellulare, raggiunta la quale diventano quiescenti); 3. ridotta capacità di adesione con altre cellule o componenti tissutali;

9 4. assenza di matrice extracellulare (spesso digerita da proteasi) che favorisce l'invasione di tessuti normali adiacenti; 5. Angiogenesi formazione di nuovi vasi sanguigni per fornire ossigeno e fattori nutritivi alle cellule tumorali; 6. riduzione o perdita della capacità differenziativa; 7. acquisizione della capacità di replicazione illimitata per effetto dell'espressione della telomerasi; 8. riduzione o perdita della possibilità di andare incontro a morte cellulare programmata (apoptosi). 9. perdita della cosiddetta inibizione da contatto.

10 TERAPIA In generale, la terapia del cancro - per quanto riguarda l'obiettivo di guarire l'organismo malato, di ridurre l'estensione della malattia ottenendo una regressione parziale, o di rallentarne la progressione - si basa sull'applicazione di una serie di tecniche diverse integrate fra di loro, con protocolli specifici per lo specifico tipo di cancro e per le caratteristiche del paziente, ferma restando la libertà di scelta del paziente fra i diversi approcci possibili e il suo consenso informato al protocollo proposto.

11 Poiché il cancro colpisce più frequentemente la popolazione anziana, in molti casi la regressione parziale o anche il semplice rallentamento della progressione equivale, in sostanza, alla guarigione completa, in quanto libera il malato dai sintomi di malattia per tutto il suo periodo di vita residua.

12 Le tecniche utilizzate sono: la chirurgia la radioterapia la chemioterapia l'ormonoterapia la immunoterapia l'ipertermia E altre tecniche (termodistruzione con radiofrequenze; alcoolizzazione; crioterapia; embolizzazione e chemioembolizzazione), in genere appannaggio della radiologia interventistica

13 I tumori si suddividono in: "benigni", sono costituiti da cellule che mantengono in parte le loro caratteristiche morfologiche e funzionali, pur esibendo autonomia moltiplicativa. Essi sono caratterizzati da un tipo di sviluppo detto espansivo, perché comprime i tessuti vicini senza distruggerli: i tumori benigni che originano dall'epitelio ghiandolare (adenomi) sono spesso avviluppati da una capsula di tessuto connettivo fibroso che li delimitano nettamente dai tessuti confinanti, coi quali assumono un rapporto di contiguità.

14 "maligni" o "cancro", sono invece costituiti da cellule che appaiono morfologicamente e funzionalmente diverse dalle corrispondenti normali. L'atipia morfologica, che è tanto maggiore quanto più indifferenziato è il tumore, si manifesta con mancanza di uniformità nella forma e nelle dimensioni delle cellule (polimorfismo) e degli organi cellulari, in particolare del nucleo, che è frequentemente ipercromico ed in fase mitotica. I tessuti vicini al tumore maligno vengono invariabilmente infiltrati e distrutti dalle cellule tumorali che si sostituiscono a quelle normali, fenomeno questo caratteristico della malignità e noto col termine "invasività neoplastica".

15 Aspetti citologici di malignità

16 Mitosi Atipiche Le figure mitotiche sono presenti in tutte le iperplasie, cioè tessuti in rapida crescita. Nelle lesioni maligne molte figure mitotiche sono atipiche o mitosi multiple

17 M M Mitosi ad anello

18 Gradi di differenziamento del tumore Le cellule tumorali possono essere simili al tessuto dal quale hanno avuto origine: Il tumore si definisce ben differenziato

19 Tumore scarsamente differenziato Se le cellule ricordano scarsamente il tessuto di origine la neoplasia si definisce come: Scarsamente differenziata

20 Tumore anaplastico La scomparsa totale della somiglianza con il tessuto d origine conduce alla: Tumore anaplastico

21 lume Cellule mucipare (Ricche di muco) Nuclei delle cellule epiteliali colonnari (piccoli) Mucosa normale del colon

22 Neoplasia begnina del colon Cellule mucipare (Povere di muco) Nuclei delle cellule epiteliali (grandi e disordinati) Porzione basale

23 Neoplasia maligna del colon ben differenziata Forma prismatica delle cellule conservata Assenza di mucina Nuclei irregolari per forma e disposizione Nuclei stratificati e ipercromici Nucleoli grandi e irregolari

24 Neoplasia maligna del colon scarsamente differenziata Mitosi atipiche Variabilità della forma e delle dimensioni cellulari Pleomorfismo cellulare Nuclei disomogenei Pleomorfismo nucleare Scarsa somiglianza con il tessuto d origine Nuclei colorati Ipercromatismo nucleare

25 "borderline", in alcuni casi, i tumori presentano un comportamento intermedio fra la malignità e la benignità (tumori "borderline") o risultano inclassificabili (tumori a comportamento biologico incerto). In questi casi, generalmente la frequenza delle metastasi è molto bassa e il decorso è lento

26 Il processo metastatico

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28 ADHESION E.C. ADHESION B.M. PROTEOLYSIS INVASION

29 Farmaci citotossici Il controllo della crescita neoplastica si attua influenzando i processi di proliferazione cellulare, inducendo il differenziamento e la morte cellulare Un farmaco si definisce citotossico quando uccide la cellula neoplastica. La chemioterapia attuale utilizza farmaci citotossici

30 Farmaci differenzianti Un alternatica alla terapia citotossica è la terapia differenziativa. In questo caso il farmaco induce il differenziamento della cellula neoplastica e blocca la proliferazione.

31 Test di laboratorio Per dimostrare che un farmaco possieda attività differenziante è necessario effettuare una serie di prove di laboratorio. Misure della proliferazione cellulare 1. curve di crescita 2. conta cellulare 3. vitalità cellulare

32 Metaboliti Anche la ricerca di metaboliti legati alla crescita tumorale può essere utile Tali molecole vengono denominate Markers I markers studiati nel nostro laboratorio sono: Poliammine come fattori di crescita Enzima transglutaminasi come marker di differenziamento

33 Linee cellulari Si usano come modello di crescita cellulare neoplastica Noi useremo come campione il melanoma sia umano che murino Una delle caratteristiche del melanoma è che durante il differenziamento producono melanina Un pigmento nero

34 Il melanoma Il melanoma è un tumore cutaneo maligno che origina dai melanociti, cellule dello strato basale dell epidermide responsabili della produzione di melanina. Sebbene la neoplasia insorga principalmente nella pelle, esistono altri siti possibili, tra cui la mucosa nasale ed anogenitale, l esofago, le meningi e l occhio

35 Melanoma Superficiale Melanoma Nodulare Lentigo Maligna Melanoma Acro-lentiginoso Melanoma Muco-lentigginoso Melanoma Amelanotico

36 L aspetto di ogni melanoma può variare ma, generalmente, mostrano tutti le caratteristiche definite ABCD Asimmetria: le due metà del neo non hanno stessa forma. Bordo: i bordi sono spesso sfumati e dal contorno irregolare. Colore: il colore è irregolare. Il neo presenta sfumature di colore nero e marrone, si osservano inoltre zone bianco, rosso, rosa o blu. Diametro: le dimensioni del neo cambiano. Asimmetria Bordo Colore Diametro

37 Vengono adottati vari sistemi di classificazione per descrivere la profondità di invasione: il più utilizzato è il Metodo di Clark e quello di Breslow (BW) In particolare: - lesione di Clark di 1 livello, è un melanoma in situ confinato all epidermide;bw 1 - lesione di Clark di 2 livello, caratterizzata da piccoli nidi e cellule singole nel derma papillare; BW 2 - lesione di Clark di 3 livello, il tumore invade il derma papillare; BW 3 - lesione di Clark di 4 livello, la lesione invade il derma in profondità (strato reticolare);bw 4 - lesione di Clark di 5 livello, il melanoma invade il tessuto sottocutaneo. BW 5

38 ESAME MORFOLOGICO Control Linea cellulare di melanoma murino (B16- F10) Cellule non trattate AE Cellule trattate con molecola differenziante (bassa conc) Morfologia stellata AE Cellule trattate con molecola differenziante (alta conc)

39 Presentazione di un lavoro di oncologia sperimentale Trattamento di melanomi umani e murini con molecole differenzianti Vari test di proliferazione e di invasione Ipotesi di metabolismo coinvolto nel controllo della crescita tumorale Poliammine e transglutaminasi

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42 polyamines - Theophylline - other activators protein cross-linking motility TGase activity Polyamination of BM proteins adhesion BM digestion BM

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44 Controllo B16-F10 B16-F10 differenziate

45 ADHESION E.C. ADHESION B.M. PROTEOLYSIS INVASION

46 Capillary lumen Tumor cell LN-R LN Target tissue Integrins BASEMENT MEMBRANE COMPONENTS Laminin Collagen IV Entactin Growth factors

47 % invasion Invasion (Boyden Chamber assay) medium Matrigel filter chemoattractant Control 48h 72hr Control 48h 72h

48 I PARAMETRI CHE VENGONO CONTROLLATI PER AVERE LA CERTEZZA CHE UNA DATA MOLECOLA POSSA ESERCITARE POTERE ANTIPROLIFERATIVO E/O ANTIMETASTATICO SU DI UNA LINEA CELLULARE O SULL ORGANO BERSAGLIO DI UN ANIMALE 1. VITALITA CELLULARE 2. PROLIFERAZIONE CELLULARE 3. ANALISI AL MO MORFOLOGICA 4. SEGNI DI DIFFERENZIAMENTO 5. POTERE METASTATICO 6. POTERE INVASIVO 7. METALLOPROTEASI 8. TRANSGLUTAMINASI 9. POLIAMMINE 10.MELANINA 11.APOPTOSI 12.ANGIOGENESI