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

Módulo Neoplasia Introdução: importância epidemiológica Aula: principais conceitos sobre neoplasias Caracterização Nomenclatura Classificação Factores etiológicos e Oncogénese Comportamento clínico Repercussões no Hospedeiro Diagnóstico Perspectivas Terapêuticas e Prevenção Artigos: reflexão e discussão Resumo

Cancer Mortality Rates over the Past 50 Years EBCTCG, Lancet 2005

5-Year Relative Survival with Breast Cancer EBCTCG, Lancet 2005

US data, 1994

Definições: Neoplasia = crescimento (proliferação) celular anormal Neoplasia = Tumor Cancro = Neoplasia (Tumor) Maligno

Definições: “A neoplasm is an abnormal mass of tissue, the growth of which exceeds and is uncoordinated with that of the normal tissues and persists in the same excessive manner after cessation of the stimuli which evoked the change.” Willis, 1952 Proliferação celular: crescente, despropositada, autónoma, interfere com o hospedeiro

Classificação, nomenclatura: Comportamento Benigno versus Maligno Crescimentolentorápido Semelhança com O tecido de origem (Diferenciação)simnão Limitesdefinidosindefinidos Invasãonãosim Metastizaçãonãosim

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...

Classificação, nomenclatura: Célula de origem (histogénese) Células epiteliais Tecido 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

Classificação, nomenclatura: 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 de estudos epidemiológicos Muitos carcinogéneos requerem co-factores Existe um intervalo longo entre a exposição ao carcinogéneo e 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 secundária Doente 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 in Cancer Medicine, 2003 Alcool: ↑ risco de carcinoma do colon e recto ↑ Folatos e Metionina: mitiga o efeito do alcool Alcool provoca modificações nos grupos metil do DNA

Public Health Guidelines for Cancer Prevention* *Nutrition in the Etiology and Prevention of Cancer, Steven K. Clinton et al in Cancer Medicine, 2003 F Consume a minimum of five servings of fruits and vegetables each day and a variety of whole grains and cereals. F Consume a low-fat diet F Maintain a healthful weight F Participate in physical activity daily and moderate-to-vigorous exercise several days each week F Alcohol, if consumed at all, should be limited F Dietary supplements are probably unnecessary in the context of a healthy diet

Oncogénese: Químicos: Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos Tabaco Anilinas... Virais: Vírus da Hepatite B e C Papiloma vírus humano (HPV) Epstein Barr... Agentes Físicos: Radiações ionizantes Radiações ultraviloleta Hormonas: Estrogénios Fungos: Aflatoxinas Bactérias: H. Pylori Parasitas: Shistosomíase Outros: Asbestos

Oncogénese: Frequentemente a acção dos agentes exógenos na carcinogénese é multifactorial. Por exemplo: tabaco e alcool para o carcinoma da laringe ou do esófago. O tabaco contém vários compostos carcinogéneos: hidrocarbonetos aromáticos (benzopireno), N-nitrosaminas, aminas aromáticas, aldeídos, arsénico, crómio, polónio O alcool pode aumentar o efeito carcinogéneo da N-nitrosodimetilamina e leva à formação de acetaldeído (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-oncogenesOncogenes Genes oncossupressoresperdem 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 deTumores em que Oncogenesestão activados K - RASPâncreas, Cólon, Pulmão CerbB-2 Mama, Ovário (HER2 -NEU) MYCLinfoma, Esófago BCR - ABL Leucemia Mieloide Crónica C-KitGIST (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 nas células 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.

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

Biologia da célula tumoral: Características da população celular Clonal Autónoma Anaplásica Capaz de invadir e metastizar

Biologia da célula tumoral: 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 18 FDG-accumulating metastases Joensuu et al. N Engl J Med. 2001;344: Exemplo do aumento da actividade glicolítica nos tumores

Biologia da célula tumoral: 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 Cells N Eng Journal of Medicine; 347: , 2002

Angiogénese tumoral Uma massa tumoral não pode crescer para além dos 2 mm 3 sem formar novos vasos. Para que ocorra uma eficiente transferência de nutrientes para as células tumorais, estas não devem distar mais do que 200  m dos capilares sanguíneos.

The VEGF Family Endothelial Cell PIGF VEGF VEGF-B VEGF-C VEGF-D Flt-4 (VEGFR-3) Flk-1/KDR (VEGFR-2) Flt-1 (VEGFR-1) Neuropilin-1 VEGF-E

VEGF Activates Angiogenic Pathways VEGF KDR-KDR KDR-Flt 1 Flt 1-Flt 1 Actin cytoskeleton reorganization Cell modify & migration FAK phosphorylation Paxillin phosphorylation Vinculin assembly Growth mitosis Gene induction MMPs Flt 1 Endothelial Cell ANGIOGENESIS

CancerAngiogenic Correlation With TypeFactor Poor Prognosis BreastVEGFpositive bFGFnone/reverse PD-ECGFpositive ColorectalVEGFpositive bFGFpositive/none PD-ECGFpositive/reverse LungVEGFpositive bFGFpositive/none PD-ECGFpositive VEGF Is Overproduced in the Majority of Human Cancers

Biologia da célula tumoral: Capacidades para metastização Perda de moléculas de aderência Ex. caderinas Factores de motilidade  integrinas, paxilina Degradação da matriz EC: Metaloproteinases (MMPs) Angiogénese: VEGF, MMPs Moléculas de adesão: CD44 Resistência às Defesas:  AgMHC1

Bone Metastases — Pathophysiology Introduction Osteoblast Tumor cell Osteoclast Osteoblast PTH-rp TGF- , IL-6 No processo de metastização a relação célula-célula e célula-matriz são 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

Biologia da célula tumoral / crescimento das neoplasias: Célula normal Célula tumoral Tumor com 1 cm = 10 9 células Tumor com 1 Kg = células Morte do hospedeiro

Biologia da célula tumoral / crescimento das neoplasias: Curva Gompertziana do crescimento tumoral O aspecto sigmoide reflecte as células em crecimento e as células que morrem

Cinética celular M G2G2 G1G1 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” Implicações da cinética tumoral nos tratamentos

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. Implicações da cinética tumoral nos tratamentos

Biologia da célula tumoral / crescimento das neoplasias: 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, por isso, nesta fase testa-se melhor os efeitos dos citostáticos. A redução, inicial, da população tumoral por cirurgia, radioterapia ou fármacos não específicos de ciclo, levam a que as células residuais entrem em ciclo, em multiplicação

Implicações da cinética tumoral nos tratamentos Conceito de Goldie, Coldman e Schimke (1984) Os tumores são heterogéneos também no que respeita às características bioquímicas. Ocorrem mutações espontâneas, 1 em cada divisão celular, que levam à 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 NEOPLASIAS ESTADIAMENTO T1 N1T1 N1 Estadio II Se fosse  T 1  N 0 Estadio I T=1,5 cm N=3 gânglios com tumor

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

Carcinoma da mama localmente avançado

Localizações mais frequentes para metastização no carcinoma da mama

Efeitos do cancro no Hospedeiro Efeitos locais do tumor primário Efeitos à distância das metástases Efeitos paraneoplásicos Efeitos pela competição biológica com o hospedeiro Efeitos 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 Manifestações Clínicas

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. Manifestações Clínicas

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 – Manifestações Clínicas

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) Manifestações Clínicas

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 Manifestações Clínicas

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 Manifestações Clínicas

Terapêuticas antineoplásicas Cirurgia Quimioterapia Radioterapia Hormonoterapia Targeted therapy Remove as massas tumorais conhecidas Mata células em divisão, incluindo as que estão adjacentes ao tumor Mata as células que estão em divisão/replicação rápida Inibe o crescimento e a sobrevivência das células tumorais hormonodependentes Inibe processos específicos, necessários à sobrevivência 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 Terapêutica Doença Neoplásica

INTUITO PALIATIVO uO objectivo consiste em melhorar a qualidade de vida do doente e prolongar a sobrevida. uResulta do balanço entre: eficácia na terapêutica antineoplásica e efeitos adversos provocados Terapêutica Doença Neoplásica

 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 Terapêutica Doença Neoplásica

Cirurgia Radioterapia Terapêutica local Quimioterapia Hormonoterapia Modificadores de resposta biológica Terapêutica médica Radioisótopos Terapêutica Doença Neoplásica

 RADIOTERAPIA Adjuvante Neoadjuvante Paliativa Terapêutica Doença Neoplásica

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 cerebrais –Etc Terapêutica Doença Neoplásica

Radioterapia Clinical Oncology, second edition Martin D. Abeloff

Probabilidade de controlo do tumor ou 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-se num aumento significativo na toxcidade Acção anti-tumoral complicações 100 %

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 terapêutica ponderar toxicidades  Espectro de actividade Terapêutica Doença Neoplásica

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. Terapêutica Doença Neoplásica

Terapêutica Doença Neoplásica

Tumores que podem ter indicação para Quimioterapia adjuvante uCancro da Mama uCancro Colo-Rectal uCancro Ovário uSarcomas (ossos) u..... Terapêutica Doença Neoplásica

Doença Loco-Regional (Tumor primário e glânglios regionais) Cirurgia ± Radioterapia Risco de Recidiva Terap. médica eficaz ELIMINAÇÃO DE MICROMETÁSTASES TERAPÊUTICA MÉDICA ADJUVANTE Baixo risco de recidiva ou sem Terap. médica comprovada “SÓ VIGILÂNCIA” Estratégia terapêutica

Tumores em estado avançado que podem ser curados com quimioterapia uTumores embrionários (Ex: Testículo) uLinfomas uLeucemias ualguns Sarcomas Terapêutica Doença Neoplásica

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 Terapêutica Doença Neoplásica

HORMONOTERAPIA uOpção valiosa para os tumores hormono- dependentes (C. da mama, C. Próstata, C. endométrio) uObjectivo: Suprimir /antagonizar a acção das hormonas que estimulam o crescimento da neoplasia. Terapêutica Doença Neoplásica

HORMONOTERAPIA NO CANCRO DA MAMA: Mecanismos de acção Hipófise Supra renais Ovários Androgénios Estrogénios Tumor da mama Metastases LH FSH aromatase E2 (estradiol) “factor de crescimento” Terapêutica Doença Neoplásica

Modificadores de resposta biológica Modificadores de resposta biológica - Interferon : C. Rim; Melanoma; T. neuroendócrinos; Leucemia Mielóide Crónica,... uTerapêutica molecular - Anticorpos monoclonais (ex.Trastuzumab) - Inibidores de tirosina cinases Terapêutica Doença Neoplásica

TK1 TK2 Extracellular Juxtamembrane 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 4q exons c-kit Gene Mutations in GISTs Kinase insert Ligand (SCF)-binding

Proposed Mechanism of Action of Imatinib Nucleus Signal Transduction Pathways Activated c-Kit Receptor Pre-imatinibImatinib Blocks ATP binding Signal Transduction Pathways Inhibited Cell membrane ATP binds to kinase portion of receptor

Joensuu et al. N Engl J Med. 2001;344: Imatinib and GIST: 18 FDG-PET Scan Multiple liver and upper abdominal 18 FDG-accumulating metastases A marked decrease in 18 FDG uptake 4 weeks after starting imatinib

CT Scan Results: Decrease in Tumour Volume June 27, 2000October 4, 2000 Before imatinibAfter imatinib

Comparison of CT and PET Scan Results July 3, 2000October 5, 2000 Before imatinibAfter imatinib

Apresentação e Discussão dos Artigos Randomized study of two dose of cisplatin with cyclofosfamide in epithelial ovarian cancer Stanley B.Kaye et al Lancet, August-1992 Sequential or alternating doxorubicin and CMF regimens in breast cancer with more than three positive nodes Tem-Year results Gianni Bonadonna et al JAMA, February-1995

Randomized study of two dose of cisplatin with cyclofosfamide in epithelial ovarian cancer Stanley B.Kaye et al Lancet, August-1992 Skipper Norton e Simon Goldie, Coldman, Schimke

Sequential or alternating doxorubicin and CMF regimens in breast cancer with more than three positive nodes Tem-Year results Gianni Bonadonna et al JAMA, February-1995 Como explicar os resultados ?

CMF A AAA CMF A CMF A CMF A CMF A CMF A População tumoral (micrometástases) antes da quimioterapia A=sensível à adriamicina (doxorubicina); CMF=sensível a CFF, MTX, 5-FU

A A A A A A CMF A  CMF CMF A A A A A A População tumoral

A A A A A A CMF A A A População tumoral A / CMF / A /CMF

Adaptado de "Clinical Oncology", Abeloff et al 1995 Evolução da Doença Neoplásica Estratégia de Intervenção Prevenção Primária Prevenção Secundária Terapêutica Prevenção Terciária Quimioprevenção Iniciação Promoção Conversão Progressão