CANCEROGENESI CHIMICA

Transcript

1 CANCEROGENESI CHIMICA

2 EZIOLOGIA DEI TUMORI

3 LE CANCEROGENESI

4 CANCEROGENESI VIRALE

5 CANCEROGENESI VIRALE

6 VIRUS ONCOGENI

7 VIRUS ONCOGENI AD RNA

8 VIRUS ONCOGENI AD RNA

9 VIRUS ONCOGENI AD RNA

10 VIRUS ONCOGENI AD DNA

11 VIRUS ONCOGENI A DNA

12 IL CANCRO E una patologia caratterizzata da: - mutazione cellulare - proliferazione cellulare - crescita cellulare aberrante Si stima che il 70%-80% di tutti i tumori umani sia collegato a: - fattori ambientali - dieta - stile di vita

13 DEFINIZIONI

14

15

16 Un cancerogeno è, in genere, un agente che causa o induce neoplasia o, più appropriatamente:

17

18 CANCEROGENESI DA SOSTANZE CHIMICHE ORGANICHE

19 CANCEROGENESI DA SOSTANZE CHIMICHE ORGANICHE

20 CANCEROGENESI DA SOSTANZE CHIMICHE INORGANICHE ALCUNI METALLI SONO NOTI COME CANCEROGENI

21 CANCEROGENESI DA PLASTICHE E FIBRE CANCEROGENESI ORMONALI CANCEROGENESI DA MISCELE DI CANCEROGENI

22 CANCEROGENESI DA DIETA CANCEROGENESI ORMONALI CANCEROGENESI DA MISCELE DI CANCEROGENI

23 CANCEROGENESI CHIMICA

24 MECCANISMO DI AZIONE CANCEROGI CHIMICI Le sostanze chimiche che inducono il cancro sono classificate generalmente in due categorie: - Genotossici o che interagiscono con il DNA - Non genotossici o epigenetici in base alla loro capacità di interagire con il DNA genomico CANCEROGENESI MULTISTADIO Due eventi principali sono necessari per lo sviluppo di una neoplasia: - la formazione di una cellula mutata iniziata - la sua proliferazione selettiva per formare un neoplasma

25 LA PATOGENESI DELLA NEOPLASIA La cancerogenesi è un processo che avviene tramite una serie di stadi definiti e riproducibili INIZIAZIONE: il destino delle cellule iniziate può seguire strade diverse: - la cellula iniziata può rimanere in uno stadio statico di non divisione - la cellula iniziata, a causa di mutazioni incompatibili con la sopravvivenza o con le normali funzioni cellulari, può essere eliminata mediante apoptosi - la cellula può andare incontro a divisione cellulare con conseguente sviluppo proliferativo della cellula iniziata PROMOZIONE: è un fenomeno reversibile e inseguito alla rimozione dell agente promovente, le cellule coinvolte possono ritornare allo stadio inziale di singola cellula iniziata PROGRESSIONE: a causa dell aumento della sintesi del DNA e della proliferazione cellulare nelle lesioni preneoplastiche, eventi genotossici addizionali possono causare ulteriori danni al DNA, incluse aberrazioni cromosomiche e traslocazioni

26 LA PROGRESSIONE NEOPLASTICA

27

28 CANCEROGENI GENOTOSSICI I cancerogeni genotossici iniziano il tumore causando danno al DNA I cancerogeni che interagiscono con il DNA possono essere ulteriormente suddivisi in: - cancerogeni ad azione diretta - cancerogeni ad azione indiretta

29 CANCEROGENI INORGANICI Molti metalli sono cancerogeni negli animali da esperimento e/o negli individui esposti

30 CANCEROGENI NON GENOTOSSICI Un certo numero di sostanze che inducono il cancro in animali da esperimento in seguito a trattamento cronico agiscono attraverso meccanismi che non coinvolgono il legame diretto, il danno o l interazione dell agente chimico o dei suoi metaboliti con il DNA I bersagli sono spesso i tessuti in cui si osserva un elevata incidenza basale di tumori spontanei nei modelli animali Per indurre la formazione di tumori è generalmente necessaria un esposizione prolungata a livelli relativamente alti di tali sostanze chimiche

31 PROTONCOGENI E GENI SOPPRESSORI I protoncogeni e geni soppressori codificano per numerose proteine coinvolte nel controllo della crescita e della proliferazione cellulare Le mutazioni negli oncogeni e nei geni oncosoppressori contribuiscono al progressivo sviluppo di cancro nell uomo Danni multipli a diversi oncogeni e/o geni oncosoppressori possono indurre alterazioni nella - proliferazione cellulare - differenziazione - sopravvivenza delle cellule tumorali

32 GENI SOPPRESSORI Le proteine codificate dalla maggior parte dei geni oncosoppressori agiscono inibendo la proliferazione o la sopravvivenza cellulare

33 MODELLI SPERIMENTALI PER LA VALUTAZIONE DI AGENTI CANCEROGENI SAGGI DI MUTAGENESI A BREVE TERMINE I test di muutagenesi a breve termine sono stati sviluppati allo scopo di identificare delle sostanze potenzialmente cancerogene, in funzione della loro abilità di indurre mutazioni al DNA sia in vivo sia in vitro La maggior parte di questi test valuta la mutagenicità di una sostanza chimica come surrogato per la cancerogenesi Questi test, sebbene siano in genere molto predittivi per i cancerogeni diretti e indiretti, non sono adatti a identificare cancerogeni non genotossici - SAGGI DI MUTAZIONE GENICA IN VITRO - SAGGI DI MUTAZIONE GENICA IN VIVO - ALTERAZIONI CROMOSOMICHE - DANNO AL DNA - SAGGI DI TRASFORMAZIONE

34

35

36

37 MODELLI SPERIMENTALI PER LA VALUTAZIONE DI AGENTI CANCEROGENI SAGGI DI MUTAGENESI A BREVE TERMINE SAGGI DI MUTAZIONE GENICA IN VITRO Il saggio a breve termine più usato è il Test di Ames. Nel saggio si utilizzano ceppi di Salmonella typhimurium che non hanno sistemi di riparazione del DNA e non sintetizzano istidina. Questi ceppi sono trattati con differenti dosi della sostanza chimica in esame e viene valutato se la sostanza è in grado di ripristinare il fenotipo positivo per l istidina (retromutazione che ripristina la capacità di crescere in un terreno privo di istidina) Il Saggio su linfoma di topo viene utilizzato per determinare se una sostanza chimica è in grado di indurre mutazioni nelle cellule eucariotiche. Il test valuta la capacità di acquisire resistenza alla triflurotimidina (risultato di una mutazione in avanti nel locus della timidina chinasi) Un altro saggio di mutazione comunemente utilizzato per valutare il potenziale mutageno di sostanze chimiche impiega cellule di ovaio di criceto cinese (CHO). In questo test, l edpoint è rappresentato dal gene ipoxantina-guanina fosforibosiltransferasi (HGPRT)

38 MODELLI SPERIMENTALI PER LA VALUTAZIONE DI AGENTI CANCEROGENI SAGGI DI MUTAGENESI A BREVE TERMINE SAGGI DI MUTAZIONE GENICA IN VIVO Hanno il vantaggio di considerare i processi che avvengono nell organismo vivente nel suo complesso, come assorbimento, distribuzione tissutale, metabolismo ed escrezione della sostanza chimica e dei suoi metaboliti I modelli in vivo comunemente usati comprendono animali transgenici basati sui geni dell operone del lattosio Per determinare l effetto mutageno in seguito all esposizione dei topi alla sostanza chimica in studio, si analizzano le mutazioni in un frammento di DNA ad alto peso molecolare isolato dal tessuto in esame Il rapporto tra i mutanti e la popolazione totale fornisce una frequenza di mutazione per ogni composto chimico ed organo testato

39 MODELLI SPERIMENTALI PER LA VALUTAZIONE DI AGENTI CANCEROGENI SAGGI DI MUTAGENESI A BREVE TERMINE ALTERAZIONI CROMOSOMICHE Sono disponibili sia sistemi in vivo che in vitro per valutare le alterazioni cromosomiche che sono frequenti nei neoplasmi maligni Per determinare l induzione di tali alterazioni, le cellule sono raccolte nel corso della prima divisione mitotica successiva all iniziazione, dopo esposizione alla sostanza chimica in studio Le cellule sono colorate e valutate per la completezza del cariotipo I tipi di alterazione cromosomiche registrate includono rotture e delezioni terminali, riarrangiamenti e traslocazioni, nonché cromosomi despiralizzati e cellule contenenti una decina o più di alterazioni. Gli scambi tra cromatidi fratelli sono una misura del danno al DNA associato con l induzione di mutazione e cancro

40 MODELLI SPERIMENTALI PER LA VALUTAZIONE DI AGENTI CANCEROGENI SAGGI DI MUTAGENESI A BREVE TERMINE DANNO AL DNA Un danno primario al DNA rappresenta un possibile evento pre-mutazionale, che può essere determinato utilizzando linee cellulari di mammifero in coltura oppure tessuti prelevati da roditori La sintesi non programmata di DNA è un saggio comunemente utilizzato per misurare la capacità di un composto chimico di indurre lesioni al DNA, tramite la valutazione dell incremento nei processi di riparazione del DNA Tra le tecniche disponibili si ha la quantificazione delle rotture dei filamenti del DNA sia in vivo sia in vitro

41 MODELLI SPERIMENTALI PER LA VALUTAZIONE DI AGENTI CANCEROGENI SAGGI DI MUTAGENESI A BREVE TERMINE SAGGI DI TRASFORMAZIONE Sono stati sviluppati numerosi modelli sperimentali in vitro per valutare il potenziale cancerogeno dei composti chimici Nei saggi la linea cellulare ampiamente utilizzata è C3H/10T 1/2 derivata dai fibroblasti isolati della prostata di un embrione di topo C3H. Le cellule sono tetraploidi ma il numero di cromosomi cellulari è variabile. Pertanto queste cellule sono cromosomicamente alterate e hanno già attraversato alcuni stadi che potrebbero essere coinvolti nella formazione di una cellula cancerosa. Dopo la semina in piastra, la crescita cellulare si interromperà in condizioni di densità elevata. Tale inibizione da contatto può fallire dando origine a un ammasso di cellule che costituisce una colonia trasformata. Dunque dopo l esposizione a xenobiotici questo saggio determina il potenziale cancerogeno sulla base della percentuale di colonie trasformate. Per valutare la cancerogenicità di un agente chimico si possono utilizzare cellule embrionali di criceto siriano (SHE). Il test misura il potenziale cancerogeno degli xenobiotici valutando le colonie trasformate sulla base di criteri morfologici.

42 MODELLI SPERIMENTALI PER LA VALUTAZIONE DI AGENTI CANCEROGENI STUDI CRONICI DI CANCEROGENESI STUDI CRONICI A 2 ANNI Gli studi cronici a 2 anni, corrispondenti all intera vita del roditore, rimangono i modelli sperimentali di riferimento per identificare agenti chimici e fisici potenzialmente pericolosi per l uomo In questo test, due o tre livelli di dose della sostanza in esame e il controllo solvente sono somministrati a gruppi di 50 maschi e 50 femmine (topi e ratti) a partire da 8 settimane di età e per l intera vita dell animale Durante lo studio è importante monitorare il peso corporeo e il consumo di cibo degli animali che dovranno inoltre essere regolarmente sottoposti a una valutazione clinica Saranno valutati per ciascun animale il numero e la localizzazione dei tumori con successiva analisi istopatologica

43 MODELLI SPERIMENTALI PER LA VALUTAZIONE DI AGENTI CANCEROGENI STUDI CRONICI DI CANCEROGENESI SAGGI ORGANO-SPECIFICI E MODELLI ANIMALI MULTISTADIO. Sono stati sviluppati molti test tessuto-specifici con lo scopo di produrre un sistema sperimentale sensibile e affidabile che fosse in grado di fornire risultati in tempi più brevi degli studi cronici a 2 anni SAGGI DI CANCEROGENESI NELLA PELLE consentono di studiare sia le proprietà inizianti sia quelle promoventi dei cancerogeni chimici SAGGI DI CANCEROGENESI NEL FEGATO consentono di studiare e distinguere i composti chimici che agiscono nella fase di iniziazione o di promozione della cancerogenesi epatica SAGGI DI CANCEROGENESI IN ALTRI ORGANI sono stati sviluppati diversi saggi per valutare la capacità di una sostanza chimica di promuovere lo sviluppo neoplastico in organi diversi da fegato e pelle

44 CANCEROGENESI CHIMICA NELL UOMO Nell induzione di cancro nell uomo sono implicati fattori di diversa natura Agenti infettivi, stili di vita, trattamenti terapeutici, esposizioni ambientali e occupazionali sono i fattori responsabili direttamente o indirettamente della maggiore parte dei casi di cancro riscontarti nell uomo

45 CANCEROGENESI CHIMICA NELL UOMO Diverse attività lavorative sono associate con lo sviluppo di specifici tumori Alcune terapie mediche e metodologie diagnostiche sono state messe in relazione con l induzione di tumore nell uomo

46 VALUTAZIONE DELLA CLASSIFICAZIONE DI CANCEROGENITA PER L UOMO La valutazione e la successiva classificazione di una sostanza chimica, o di una miscela di sostanza chimiche, come cancerogena per l uomo è affidata a diverse agenzie regolatorie in tutto il mondo Il processo valutativo si avvale di dati epidemiologici e di dati sperimentali sugli animali e in vitro, ottenuti impiegando i protocolli sperimentali Uno dei primi schemi messi a punto per la classificazione della cancerogenità di una sostanza chimica è stato definito dall Agenzia Internazionale per la Ricerca sul Cancro (IARC)

47 CLASSIFICAZIONE DEI CANCEROGENI CHIMICI

48 SOSTANZE ALCHILANTI

49 SOSTANZE ALCHILANTI

50 IDROCARBURI AROMATICI POLICICLICI

51 AMINE AROMATICHE

52 AMINE AROMATICHE IDROCARBURI IDROGENATI

53 SOSTANZE NATURALI

54 SOSTANZE ANABOLIZZANTI

55

56

57

58