Definizione Neoplasia: “nuova crescita” Tumore: rigonfiamento Oncologia: lo studio dei tumori Cancro: termine comune della definizione di tumore Neoplasma: “una massa abnorme di tessuto, la crescita del quale eccede ed è scoordinata rispetto al tessuto normale e persiste nella crescita eccessiva anche dopo la cessazione dello stimolo che la ha evocata”. nabissi 14

Istologia dei tumori Metaplasia: Sostituzione di un tipo cellulare differenziato con un altro di tipo epiteliale o mesenchimale Anaplasia: Perdita di un fenotipo differenziato Displasia: Perdita dell’organizzazione di un tessuto Iperplasia: Aumento della proliferazione cellulare nabissi 14

In riferimento alle caratteristiche morfologiche delle cellule ed alle modalità di accrescimento e comportamento nei riguardi dei tessuti limitrofi e all’interno dell’organismo vengono suddivisi in: Benigni Maligni Ben differenziato. Il tessuto di origine è ben riconoscibile La struttura del tessuto di origine è perduta in vario grado così come il differenziamento delle singole cellule-anaplasia. Pleiomorfismo cellulare: forma e dimensioni non uniformi. Aumento dimensioni generalmente con una certa regolarità fino ad arrivare ad uno stadio limite o regredire. Mitosi rare e normali. Espansiva. Irregolare. Può essere lenta e poi improvvisamente rapida. Mitosi numerose e con forme abnormi Espansiva e invasiva. La massa tumorale è compatta. Comprimono i tessuti vicini senza infiltrarli. Non invasivo. Spesso “incapsulati” (adenomi) Lassi e senza capsula. Invasiva a livello locale e a distanza-metastasi. Compressione. Sintomi da iperfunzione Distruzione dei tessuti per infiltrazione; disseminazione metastatica; cachessia. Non recidivano se asportati bene. Non mortali. Possono recidivare. Mortali se non curati. nabissi 14

Tumori benigni tiroide - adenoma Colon - polipi Utero-fibroidi Ovario- cisti dermoidi nabissi 14

I PRINCIPI DELLA CLASSIFICAZIONE TNM LA CLASSIFICAZIONE TNM DEI TUMORI MALIGNI È BASATA SULLA DETERMINAZIONE CLINICA ED ISTOPATOLOGICA (QUANDO POSSIBILE) DELLA LORO ESTENSIONE ANATOMICA. I PRINCIPI DI BASE DELLA CLASSIFICAZIONE TNM SONO APPLICABILI A TUTTE LE SEDI ANATOMICHE LE CATEGORIE DELLA CLASSIFICAZIONE TNM SONO DEFINITE CLINICAMENTE E POSSONO, IN UN SECONDO TEMPO, ESSERE RIDEFINITE DA ULTERIORI INFORMAZIONI OTTENUTE CON L'ESAME ISTOPATOLOGICO E/O CON LA CHIRURGIA. nabissi 14

NORME GENERALI DELLA CLASSIFICAZIONE TNM La classificazione TNM descrive l'estensione anatomica del tumore, basandosi sulla valutazione di tre componenti: T - identifica l'estensione del tumore primitivo; N - identifica l'estensione di metastasi nei linfonodi regionali; M - identifica l'assenza o la presenza di metastasi a distanza. L'aggiunta di numeri a queste tre componenti indica l'estensione del tumore, cioè: T0, T1, T2, T3, T4 N0, N1, N2, N3 M0, M1 nabissi 14

II tumore primitivo non può essere definito. T0 Le seguenti definizioni generali sono usate per tutte le sedi anatomiche: T - Tumore primitivo TX II tumore primitivo non può essere definito. T0 Non segni del tumore primitivo. Tis Carcinoma in situ. T1, T2, T3, T4 Aumento delle dimensioni e/o dell'estensione locale del tumore primitivo. nabissi 14

I linfonodi regionali non possono essere valutati istologicamente. pNX I linfonodi regionali non possono essere valutati istologicamente. pN0 Con l'esame istologico non si osservano metastasi nei linfonodi regionali. pN1, pN2, pN3 Aumento dell'interessamento dei linfonodi regionali accertato istologicamente. nabissi 14

Con l'esame microscopico non si osservano metastasi a distanza. pM1 pMX Non è possibile accertare microscopicamente la presenza di metastasi a distanza. pM0 Con l'esame microscopico non si osservano metastasi a distanza. pM1 Con l'esame microscopico si osservano metastasi a distanza. nabissi 14

Dopo aver definito le categorie T, N e M e/o pT, pN e pM queste possono essere raggruppate in stadi. Lo stadio clinico è essenziale per scegliere e valutare la terapia, mentre lo stadio patologico fornisce indicazioni utili per la prognosi e per valutare i risultati finali. Se esistono dei dubbi riguardanti la corretta categoria T, N o M di un caso particolare, va scelta la categoria di grado inferiore (cioè la meno avanzata). nabissi 14

Il grado di differenziazione non può essere definito. G1 G - Grading istopatologico GX Il grado di differenziazione non può essere definito. G1 Ben differenziato. (a) G2 Moderatamente differenziato. (b) G3 Poco differenziato. (c) G4 Indifferenziato. (d) nabissi 14

Tumori maligni Colon - adenocarcinoma Osso - osteosarcoma Polmone –carcinoma bronchiale Utero – tumore alla cervice nabissi 14

Leucemia Cancro del midollo Alta produzione di linfociti immaturi, paziente soggetto a continue infezioni nabissi 14 Leucemia Hodgkin disease mieloma

Carcinoma pancreatico, met. Al fegato Metastasi (M) M0 non si hanno evidenze di metastasi M1 evidenza di metastasi a distanza Carcinoma pancreatico, met. Al fegato nabissi 14

Metastatic Cancer Linfonodi- metastasi dal seno Fegato – metastasi dal polmone Colonna vertebrale – metastasi dalla prostata Mesentere – metastasi dal colon nabissi 14

Diffusione dei tumori maligni Le metastasi L’invasivita’ permette alle cellule tumorali di penetrare nei vasi sanguigni, linfatici e nelle cavità del corpo . Le metastasi sono impianti di tumore lontani dal tumore primario e indicano la malignità in quanto le neoplasie benigne non metastatizzano. Diffusione dei tumori maligni Diffusione nelle cavità del corpo o superficiali Diffusione linfatica Diffusione nel sangue nabissi 14

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Diffusione per via ematica Avviene quando le cellule tumorali attraversano il letto dei capillari venosi o arteriosi. Il circolo portale arriva al fegato ed il sangue della vena cava ai polmoni, tumori nelle vicinanze di queste vene facilitano metastasi negli organi descritti ANGIOGENESI FORMAZIONE DI NUOVI VASI SANGUIGNI nabissi 14

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Disseminazione attraverso le cavità e le superfici del corpo Disseminazione attraverso la cavità peritoneale, pleurica, pericardica ed articolare Diffusione linfatica Il trasporto attraverso la via linfatica (vasi linfatici) è la via piu’ comune per la disseminazione dei carcinomi. I tumori non contengono vasi linfatici funzionali ma sfuttano quelli circostanti. Biopsia del linfonodo sentinella L’ingrossamento linfonodiale puo’ essere dovuto dalla diffusione e crescita delle cellule tumorali ma anche dalla iperplasia reattiva percio’ l’ingrandimento linfonodiale in vicinanza del tumore non necessariamente indica la disseminazione della lesione primaria. nabissi 14

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NF-kB induce citochine che promuovono la sopravvivenza tumorale nabissi 14

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Targeting of Hallmarks of Cancer nabissi 14

QUALI CARATTERISTICHE GENETICHE, MOLECOLARI, BIOCHIMICHE E CELLULARI RENDONO LA CELLULA TUMORALE DIVERSA DA QUELLA NORMALE? TALI CARATTERISTICHE POSSONO ESSERE SFRUTTATE A LIVELLO DIAGNOSTICO, PROGNOSTICO E TERAPEUTICO? nabissi 14

PRINICIPI DI BASE DELLA GENETICA DEI TUMORI Trasformazione tumorale : almeno 6 mutazioni specifiche di una cellula normale normale tasso di mutazione di una cellula è di 10-7 per gene numero totale di geni per cellula: 106 numero di cellule per persona 1013 La probabilità che una persona sviluppi tumore è 1013 x 10-42, cioè 1:1029 nabissi 14 Nonostante ciò il cancro si sviluppa a causa della combinazione di due meccanismi: mutazioni che aumentano la proliferazione cellulare: popolazione espansa di cellule in cui può verificarsi la successiva mutazione mutazioni che diminuiscono la stabilità del genoma: aumento del tasso di mutazione complessivo

Insorgenza tumorale Processo patologico multiplo a più stadi (neoplasia) Crescita cellulare anomala -> perdita dei meccanismi di controllo responsabile della divisione e del differenziamento cellulare Alcune mutazioni aumentano la proliferazione cellulare, creando una popolazione espansa di cellule nella quale si verifica la mutazione successiva; Le mutazioni successive intervengono sulla stabilità del genoma, favorendo a loro volta l’insorgenza di successive mutazioni. A B C nabissi 14

L’instabilità cromosomica dei tumori maligni è ben visibile nei cariotipi aberranti nabissi 14

mutazioni ereditate che controllano l’integrità del genoma Una caratteristica fondamentale di tutte le cellule tumorali è l’instabilità genomica causata da: mutazioni ereditate che controllano l’integrità del genoma mutazioni somatiche acquisite durante lo sviluppo del tumore nabissi 14

Proto-oncogeni e oncogeni I proto-oncogeni sono normali geni cellulari implicati nel controllo della crescita cellulare. Le mutazioni possono convertire i proto-oncogeni in oncogeni attivati che sovrintendono la crescita delle cellule tumorali. Il loro bersaglio è localizzato in differenti compartimenti e funzioni della cellula , come nei recettori per la crescita cellulare, nei fattori di crescita cellulare, nel sistema di trasduzione intracellulare, nelle proteine che regolano il ciclo cellulare e nei fattori di trascrizione. nabissi 14

L’attivazione dei proto-oncogeni L’attivazione di un proto-oncogene può essere quantitativa e/o qualitativa Quasi sempre sono mutazioni somatiche (quelle germinali sono per lo più letali) Le modalità di attivazione sono: amplificazione, citogeneticamente evidenziabile traslocazioni cromosomiche che creano geni chimerici, es. cromosoma Philadelphia trasposizione in un dominio di cromatina attiva, es. linfoma di Burkitt nabissi 14

Il cromosoma Philadelphia Il gene di fusione ABL-BCR produce una proteine che non risponde più ai normali controlli. LEUCEMIA MIELOIDE CRONICA nabissi 14

Geni chimerici prodotti da riarrangiamenti cromosomici specifici di alcuni tumori nabissi 14

Gene oncosoppressore: Geni oncosoppressori Gene oncosoppressore: Un gene oncosoppressore è un gene la cui presenza contrasta l’insorgenza di tumori. Quando una cellula non è in grado di produrre un gene oncosoppressore, in quanto entrambi gli alleli che lo codificano sono alterati, va incontro alla trasformazione tumorale, e cresce senza controlli. Le funzioni di questi geni vanno in genere ricercate nella capacità di impedire a una cellula con delle anomalie acquisite nel codice genetico di riprodursi. Tra gli esempi più noti di geni oncosoppressori si ritrovano i geni Rb e BRCA1, implicati rispettivamente nello sviluppo del retinoblastoma e del tumore della mammella. nabissi 14

Proliferazione incontrollata nabissi 14

Bersagli biologici in ambito oncologico Ciclo cellulare Proliferazione cellulare Regolazione proteica Meccanismi d’invasione e metastasi Angiogenesi Immunologia nabissi 14

EPIDEMIOLOGIA nabissi 14

Epidemiologia dei tumori Studio della distribuzione delle varie forme di tumore nelle diverse (etnie, età, abitudini) popolazioni è utile per mettere in relazione particolari condizioni ambientali, razziali (ereditarie) e culturali con l’insorgenza di neoplasie maligne. Si possono inoltre avere informazioni sulla eziologia (cause). nabissi 14

Epidemiologia dei tumori nabissi 14

Epidemiologia dei tumori Sir Percival Pott è stato il primo che ha collegato l’elevata incidenza del cancro dello scroto riscontrato negli spazzacamini con l’esposizione cronica alla fuliggine. nabissi 14

Ruolo del sesso: Incidenza e mortalità riferita alla sede e al sesso dei tumori più frequenti nabissi 14

EPIDEMIOLOGIA Epidemiologia descrittiva: rileva i dati piu’ significativi sulla presenza di una malattia e sul numero di decessi da essa causati, nell’ambito di una popolazione. I parametri principali sono MORBOSITA’ (numero di abitanti in cui si è verificata la malattia) e MORTALITA’ (numero di morti per quella malattia), diviso per il numero di abitanti possibili bersaglia della malattia, indicati entrambi sotto forma di INCIDENZA. QUESTA ANALISI HA PERMESSO DI CARATTERIZZARE L’AUMENTO DI ALCUNE FORME TUMORALI E LA DIMINUZIONE DI ALTRE (POLMONE/STOMACO). L’epidemiologia descrittiva valuta diversi aspetti dell’evento, come distribuzione geografica, sesso, lavoro, abitudini alimentari, ecc… nabissi 14

Epidemiologia dei tumori Andamento nel tempo:I tassi di mortalità si sono modificati nel corso degli anni. Incidenza (a) e mortalità (b) per tumore del polmone dal 1970 al 2015 per macroarea. Tassi standardizzati per 100.000 (popolazione standard Europea), età 0-99 anni. Uomini nabissi 14

Epidemiologia dei tumori Fattori geografici ed ambientali: carcinoma dello stomaco nabissi 14

EPIDEMIOLOGIA Epidemiologia analitica: esegue l’analisi comparativa sull’incidenza di un definito tipo di tumore tra due o piu’ gruppi di una popolazione, scelti con modalità bene definite. Il metodo ANAMNESTICO rileva i dati al momento dell’indagine, mediante test anche retrospettivi, su soggetti malati e non. Questo metodo ha permesso di identificare il ruolo del papilloma virus nella formazione del carcinoma alla cervice uterina. Il metodo PROSPETTICO analizza due o piu’ gruppi di soggetti sani con abitudini differenti, per un lungo periodo. Ha permesso di identificare le principali cause di alcune patologie tumorali (fumo-polmone, radiazioni-tumori, cibo-intestino) nabissi 14

Epidemiologia dei tumori Abitudini di vita: tumori delle vie respiratorie (fumo) Cancro della cervice uterina (età del primo rapporto, numero di partners/ Papillomavirus-HPV-) nabissi 14

Epidemiologia dei tumori Ruolo dell’età: in generale i tumori aumentano con l’aumentare dell’età. Alcuni tumori tuttavia sono caratteristici di una fascia di età. La maggior parte dei carcinomi si manifesta in età avanzata. Leucemia acuta e tumori cerebrali (neuroblastoma) sono “frequenti” nell’infanzia nabissi 14

Epidemiologia dei tumori Ruolo dell’attività lavorativa nabissi 14

Il 65 % della mortalità per tumori è attribuibile a cause ambientali, in teoria eliminabili (abitudini dietetiche, abitudini sociali, fumo di sigaretta, esposizione a sostanze tossiche derivate dall’industria) nabissi 14

EPIDEMIOLOGIA EPIDEMIOLOGIA MOLECOLARE: utilizzo di analisi biochimiche per ottenere una correlazione fra esposizione ad un determinato fattore di rischio (fumo passivo, ingestione di aflattosine) e modificazione di uno o piu’ parametri biologici. Inoltre si avvale delle tecniche di biologia molecolare per determinate la correlazione fra specifiche mutazioni genetiche ed insorgenza di una patologia. (Mutazione su proto-oncogeni o proto-oncosoppressori) nabissi 14

Strategie antitumorali: TERAPIA ONCOLOGICA Nel ventesimo secolo la chemioterapia clinica contro il cancro è stata dominata dallo sviluppo di farmaci genotossici e dalla possibilità di studiare moltissimi farmaci antitumorali mediante test in topi geneticamente modificati o modelli di xenotrapianti. Strategie antitumorali: l’inibizione di specifici percorsi molecolari cellulari (ciclo cellulare) l’inibizione del cancro come tessuto (proliferazione). Induzione della morte cellulare (apoptosi). interazioni con le cellule dell’ospite e dai componenti della matrice cellulare confinante l’ambiente tumorale. nabissi 14

INTERAZIONE TUMORE/OSPITE Nel 1896 Beatson dimosto’ che la crescita del tumore alla mammella veniva rallentato dalla rimossione delle ovaie, indicando che la crescita delle cellule nel corpo era influenzata da fattori esterni. La scoperta degli estrogeni come fattori stimolanti la crescita tumorale ha portato alla nascita di farmaci antiestrogeni come agenti terapeutici e recentemente ad antagonisti per recettori di fattori di crescita che mediano questi pathways (ex. EGF). nabissi 14

1898. Coley dimostro’ che la somministrazione di estratti batterici sterilizzati causavano la regressione di linfomi e sarcomi, indicando che l’attivazione delle difese immunitarie poteva fornire una strategia per il trattamento del cancro. L’uso di tossine batteriche nel trattamento del cancro ha portato a strategie basate su interazioni ospite-tumore come approcci immunitari. La scoperta, nel 1898 che le radiazioni ionizzanti erano efficaci nel trattamento del cancro ha portato allo sviluppo di radioterapie piu’ efficaci e alla preparazione di farmaci che mimano l’effetto della radioterapia. nabissi 14

Terapia genotossica La prima terapia pratica antitumorale fu scoperta accidentalmente, a causa di una fuoriuscita di gas mostarda (iprite,utilizzato come gas urticante nella I guerra mondiale) da un bidone stoccato nel porto di Bari. Questa fuoriuscita provoco’ un effetto mielosoppressore, portando come risultato al suo utilizzo nei paziento con linfomi. La scoperta di vitamine a basso peso molecolare (acido folico) come stimolatore della crescita delle cellule tumorali porto’ alla sintesi di analoghi antagonisti da utilizzare nelle terapie antitumorali. Lo studio dell’effetto di questi ed altri composti dimostro’ un’azione diretta dei composti sul DNA o sulla inibizione della sua biosintesi, causando un danno all’integrità del materiale genetico cellulare. nabissi 14

SVILUPPO DI SISTEMI DI SCREENING IN VIVO L’evoluzione della sintesi di nuovi composti antitumorali porto’ alla necessità di trovare dei sistemi di screening per un numero sempre crescente di molecole. Modelli animali trapiantabili con tumori umani divento’ uno dei modelli di base per lo studio di nuove molecole antitumorali. Inoltre lo sviluppo di modelli animali come i “nude mice” i quali hanno perso la capacità della risposta immunitaria cellula-mediata hanno permesso di testare nuovi farmaci contro tumori umani mediante xenotrapianti in questi ceppi di topi. nabissi 14

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Whole-body image of orthotopically growing HCT 116-RFP human colon cancer in GFP nude mouse. nabissi 14

VELENI MITOTICI Molti dei farmaci che furono inizialmente analizzate per una possibile attività antitumorale derivavano da prodotti naturali. Ad esempio, la colchicina, fu una delle prime molecole di cui fu dimostrata un’attività antitumorale, mediante la sua induzione dell’arresto del ciclo cellulare in mitosi ed induzione di danno al DNA: questo disturbando la distribuzione di materiale genetico fra le cellule figlie durante la citogenesi. Altre molecole alcaloidi come vincristina, vinblastina, taxolo furono successivamente scoperte e studiate per la loro azione sul DNA e sulla formazione dei microtubuli. nabissi 14

Farmaci che agiscono chimicamente con il DNA (alchilazione). FARMACI DNA-REATTIVI Farmaci che agiscono chimicamente con il DNA (alchilazione). Uno sviluppo particolarmente interessante nei farmaci reattivi con il DNA viene dalla scoperta del cisplatino, la cui scoperta origina dai cambiamenti osservati nella inibizione della crescita batterica intorno ad un elettrodo di platino immerso in un apparato elettroforetico contenente nel tampone cloruro d’ammonio. La platinazione del DNA divenne cosi’ un nuovo modo d’indurre un danno al DNA e diede il via allo sviluppo di nuovi farmaci analoghi del cisplatino ma con minore citotossicità. nabissi 14

INIBIZIONE DELLA REPLICAZIONE DEL DNA Una conseguenza della delucidazione della struttura del DNA fu la sintesi razionale di analoghi delle basi del DNA, le quali ipoteticamente potevano svolgere un’azione antitumorale mediante la distruzione del DNA durante la il processo della replicazione. Alcuni composti sintetizzati come la 5-fluoroacile (analogo della timidina), 6-mercaptopurina o 8-azaguanina (analoghi delle purine) svolsero in parte il ruolo di farmaci antitumorali, pur richiedendo una somministrazione continua. nabissi 14

TOPOLOGIA DEL DNA COME BERSAGLIO PER LO SVILUPPO DI FARMACI Con la scoperta della struttura del DNA divenne evidente che l’avvolgimento del DNA associato con la sua replicazione era termodinamicalmente impossibile nel periodo di tempo che la cellula impiega per copiare il proprio genoma e trasferirlo alle due cellule figlie. Inoltre anche la separazione delle due eliche del DNA prima della copiatura risulta energeticamente impossibile. La scoperta degli enzimi TOPOISOMERASI I e II che sono in grado di rompere e ri-attaccare un filamento di DNA (I) e di rompere un singolo o doppio filamento di DNA e di permettere il passaggio di una seconda doppia elica attraverso il punto di rottura ha permesso di creare dei farmaci in grado di bloccare la duplicazione del DNA attraverso l’inibizione delle TOPOISOMERASI (Etoposide, Camfoterocina) nabissi 14

LA RICERCA DELLA SELETTIVITA’ Le Topoisomerasi sono un buon esempio in quanto l’alta attività cellulare delle Topoisomerasi, è presente in cellule in forte divisione cellulare, e queste cellule sono maggiormente sensibili a farmaci diretti contro le Topoisomerasi. Ultimamente sono stati sintetizzati farmaci (pro-farmaci) che agiscono sul funzionamento delle Topoisomerasi solo quando sono attivati dagli enzimi stessi. Inoltre negli ultimi anni sono iniziati studi di terapia genica ed immunoterapia contro l’attività delle Topoisomerasi. nabissi 14

LA RICERCA DELLA SELETTIVITA’ Mentre la selettività della radioterapia sta progressivamente aumentando mediante la localizzazione del campo di radiazioni nell’area specifica della crescita tumorale, la selettività dei farmaci chemioterapici rimane dipendente dalle particolari proprietà del tessuto tumorale. L’uso di modelli batterici ha permesso di evidenziare il concento importantissimo che i farmaci alchilanti uccidono le cellule in modo esponenziale, con una percentuale di cellule uccise per ogni dose. Lo spazio che intercorre fra il trattamento e la velocità di formazione di cellule resistenti puo’ fare la differenza fra successo e fallimento della terapia. Alcune terapie hanno avuto successo in tumori delle cellule del sangue ( le quali hanno un’alta velocità di crescita), ma meno successo nella inibizione della crescita di tumori solidi. nabissi 14

ATTIVAZIONE E BLOCCO DELL’OROLOGIO BIOLOGICO Mentre la maggior parte delle cellule dell’organismo sono in una fase di quiescenza (fase G0, di non divisione), alcune cellule come i precursori delle cellule del sangue o quelle epiteliali dell’intestino sono in grado di dividersi rapidamente. Alcuni meccanismi devono quindi regolare il passaggio da una fase di quiescenza a quella di divisione. Diversi studi hanno dimostrato che nelle cellule esiste un “punto di restrizione” nella fase G1 del ciclo cellulare, passato il quale la divisione cellulare è irrimediabilmente compromessa. Gli studi successivi hanno dimostrato che proteine definite FATTORI DI CRESCITA, erano responsabili, mediante legame a specifici recettori di membrana, della fosforilazione di segnali intracellulari che attivavano la replicazione del DNA e la divisione cellulare. nabissi 14

INTERFASE nabissi 14

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Metafase, Anafase, Telofase FORMAZIONE DELL’INVOLUCRO CROMOSOMI REPLICATI MIGRAZIONE AI POLI OPPOSTI FORMAZIONE DELL’INVOLUCRO NUCLEARE nabissi 14

Citocinesi nabissi 14

MORTE CELLULARE PROGRAMMATA Nel 1972 fu ipotizzato che la morte delle cellule fosse un processo programmato; questa ipotesi ebbe un profondo effetto non solo nella spiegazione della perdita di cellule durante lo sviluppo embrionale ma anche nelle conoscenze della crescita tumorale. L’ APOPTOSI fu dimostrato essere un processo energia-dipendente in cui una cellula si “frammenta” in porzioni assimilabili dalle cellule del tessuto circostante, senza provocare un processo infiammatorio. Inoltre è stato dimostrato che le cellule tumorali sono in grado di sfuggire a questo processo di morte programmata. nabissi 14

IL CALENDARIO DEL CICLO CELLULARE Studi pionieristici dimostrarono che le cellule di fibroblasti in coltura andavano incontro a morte dopo un certo numero di divisioni cellulari, mentre le cellule tumorali potevano essere mantenute in coltura per un tempo indefinito. Studi di genetica molecolare dimostrarono che nelle cellule è presente un enzima definito : TELOMERASI che è in grado di aggiungere sequenze di DNA necessarie per la replicazione del DNA delle cellule. Questo enzima che non è normalmente presente nelle cellule normali, ma come nelle embrionali è fortemente attivo anche nelle cellule tumorali. Questo meccanismo permette alle cellule tumorali di non invecchiare mai e di potersi dividere in modo infinito. nabissi 14

INTERAZIONI OSPITE-TUMORE Le cellule tumorali non esistono come unità isolate ma sono un componente del tessuto contenente anche cellule sane. Le cellule dell’ospite non forniscono solo, mediante l’endotelio vascolare, i precursori della crescita delle cellule tumorali ma secernono anche fattori che hanno un profondo effetto sulla vita e morte delle cellule tumorali. Questo concetto ha permesso chiaramente di attivare studi sul blocco dell’attività vascolare cosi’ come quelli relativi ad approcci immunologici. nabissi 14

CARATTERISTICHE MORFOLOGICHE DEI TUMORI Le cellule tumorali, a differenza delle normali, si raggruppano in maniera piu’ disorganizzata, in formazioni nodulari o cilindriche in conseguenza delle alterazioni morfologiche e funzionali a cui sono soggette (forte crescita, alterazioni cellula-cellula, ecc..). Le cellule tumorali tendono a proliferare e non a differenziare, in quanto il differenziamenti richiede il mantenimento della cellula in una fase di quiescenza (G0) che ne permette la differenziazione. Nei tumori si osserva spesso il fenomeno di METAPLASIA, cioè sostituzione di un tipo cellulare in un altro, meno differenziato, ma dello stesso istotipo. Il volume cellulare delle tumorali è in genere minore, per una maggiore quantità di materiale nucleare (polinucleate, amplificazione genica, aberrazione cromosomica). Le cellule tumorali tendono a perdere la forma , acquisendo un polimorfismo cellulare che è indice di anaplasia e malignità. nabissi 14

Modificazioni nella funzionalità dei mitocondri, lisosomi, perossisomi Le cellule tumorali possono essere polinucleate, apparendo istologicamente molto piu’ colorate (ematossilina/eosina, ioduro di propidio) rispetto alle cellule normali. Le modificazioni della membrana plasmatica che sono caratteristiche delle variazioni nei livelli d’espressione dei recettori di membrana, della modificazione dei microvilli, dei complessi giunzionali, della polarità cellulare o del potenziale di membrana. Il reticolo endoplasmatico è in genere minore, mentre aumentano i polisomi liberi, come indice di una aumentata sintesi di proteine costitutive rispetto alle proteine secrete. Modificazioni nella funzionalità dei mitocondri, lisosomi, perossisomi nabissi 14

DALLA BIOLOGIA DELLA CELLULA TUMORALE ALLA DIAGNOSTICA Le modificazioni a livello cellulare sono dovute a diversi meccanismi che si alterano, nelle cellule tumorali, con progressione proporzionale alla malignità del tumore. I meccanismi principalmente alterati riguardano l’attivazione del ciclo cellulare (comporta una mitosi continua), alterazione dei geni che regolano l’omeostasi cellulare, alterazioni dei geni dei fattori di differenziamento e crescita, dei geni che regolano i meccanismi apoptotici. nabissi 14

Queste alterazioni comportano la presenza, nel tessuto tumorale, di cellule giganti con formazione di cellule polinucleate dovuto a difetti nel meccanismo di divisione dei cromosomi, di cellule con forma alterata (polimorfismo cellulare), dovuto a modificazioni delle proteine citoscheletriche. Cellule binucleate nabissi 14

Alterazione della forma e del nucleo in linfociti tumorali (b) cellule con forma alterata (polimorfismo cellulare), dovuto a modificazioni delle proteine citoscheletriche. Alterazione della forma e del nucleo in linfociti tumorali (b) nabissi 14

A) Fegato normale, B, C) Alterazioni del reticolo endoplasmatico Alterazione del rapporto nucleo/citoplasma, causato da un aumento del nucleo dato da un cariotipo iperploide, da alterazioni della cromatina, da modificazioni della membrana nucleare e da un aumento del nucleolo (organulo necessario per la formazione dei ribosomi). Inoltre nella cellula tumorale sono visibili modificazioni a livello del citoplasma e della membrana plasmatica, come formazione di microvilli, invaginazioni o evaginazioni (causate da disregolazione del citoscheletro o da componenti lipidici della membrana plasmatica), diminuzione del reticolo endoplasmatico rugoso (responsabile della sintesi di proteine secrete) ed aumento dei polisomi liberi (con aumento delle proteine costitutive). nabissi 14 A) Fegato normale, B, C) Alterazioni del reticolo endoplasmatico

Metodi diagnostici La procedura standard per la valutazione dei campioni tissutali è l’esame al microscopio ottico, dopo fissazione in formalina, inclusione in paraffina e colorazione con ematossilina ed eosina. L’ematossilina è un colorante basico che colora il nucleo. L’eosina è un colorante artificiale debolmente acido, di cui esistono varie forme (eosina B, eosina G), che colora i citoplasmi, il tessuto connettivo e la sostanza intercellulare in varie tonalità di rosa. Questo tipo di colorazione, per quanto semplice ed economica, non permette di valutare alcuni parametri del tumore (istogenesi, patogenesi della lesione analizzata, risposta ai farmaci) e quindi sono state sviluppate altre tecniche per sopperire a queste richieste diagnostiche. nabissi 14

Biopsia midollare di soggetto sano (Colorazione ematossilina-eosina) Uso di colorazioni speciali: PAS (acido periodico di Schiff) che permette di colorare il glicogeno, presente in grandi quantità nei sarcomi. Colorazioni tricromiche: permettono di colorare il nucleo, il citoplasma ed il collagene contemporeanamente Colorazione per le mucine: permette di colorare le mucoproteine (neutre, acide, molto acide), ed è utili nella caratterizzazione dei tumori epiteliali Biopsia midollare di soggetto sano (Colorazione ematossilina-eosina) Biopsia midollare di soggetto con LLC (Colorazione ematossilina-eosina) nabissi 14

Microscopia elettronica Colture cellulari Analisi in vitro di colture primarie originarie del tumore, in quanto queste cellule possono esprimere in vitro dei caratteri che sono meno presenti nel tessuto tumorale. Un esempio il melanoma, che pur non esprimendo melanina in vivo, la esprime in vitro (permettendo cosi’ l’identificazione precoce della patologia). Microscopia elettronica Poco utilizzata nella diagnosi tumorale, tranne che per particolari tipi di tumori come per la conferma di sarcoma alveolare e per determinare la differenziazione neuroendocrina di alcuni tumori . nabissi 14 Cellula cancerogena al microscopio elettronico

Cellule gliali differenziate marcate con anti-GFAP fluorescente Immunoistochimica L’immunoistochimica ha contribuito piu’ di ogni altra tecnica nella diagnostica istopatologia dei tumori. Sfrutta i principi e le tecniche immunologiche con i vantaggi della specificità e selettività degli anticorpi. Premesso che si possono ottenere falsi negativi a causa della denaturazione dell’antigene, dalla sua perdita durante la preparazione del tessuto o dalla sua bassa concentrazione o falsi positivi dati da reazioni con altri antigeni. I principali marcatori utilizzati in diagnostica tumorale sono: filamenti intermedi: cheratina come marcatore della differenziazione epiteliale, desmina marcatore della differenziazione muscolare, neurofilamenti per il differenziamento neuronale e GFAP (proteina acida fibrillare gliale) per il differenziamento gliale. Cellule gliali differenziate marcate con anti-GFAP fluorescente nabissi 14

Proteina S-100: tumori melanocitari e cartilaginei Marcatori linfocitari: anticorpi monoclonali che riconoscono gli antigeni superficilai dei linfociti, come CD45 (tutti i linfociti), CD3 (linfociti T), CD30 (linfoma di Hodgkin), CD15 (altri linfomi), CD138 (mieloma multiplo). (Fig.4) Proteina S-100: tumori melanocitari e cartilaginei HMB-45: melanoma maligno CEA: tumori epiteliali di origine ghiandolare HCG, a-feto proteina e HPL (lattogeno placentare umano): tumori di origine germinale CD117 (c-Kit): recettore tirosin-chinasico con forte espressione nei tumori gastrointestinali nabissi 14 Espressione citoplasmatica diffusa del CD138 in cellule tumorali

Ibridazione di acidi nucleici e FISH Citometria a flusso Consente di valutare diversi parametri in una sospensione di cellule che vengono analizzate attraverso il passaggio in un raggio laser e permette di caratterizzare la presenza di proteine, la grandezza delle cellule, lo stadio del ciclo cellulare, il contenuto di DNA, ecc.. La citometria viene utilizzata per stabilire il fenotipo delle cellule nei mielomi e linfomi, per monitorare la risposta ai trattamenti farmacologici, per evidenziare la presenza di cellule tumorali, ecc… Ibridazione di acidi nucleici e FISH Metodiche di biologia molecolare che permettono di identificare variazioni a livello del DNA (mutazioni, amplificazioni, delezioni), a livello trascrizionale (livelli d’espressione di uno specifico gene) mediante l’estrazione degli acidi nucleici dalle cellule tumorali. La FISH è un metodo non estrattivo con analisi diretta sul tessuto o preparato istologico/citologico mediante l’utilizzo di sonde a DNA che riconoscono specifiche regioni complementari. L’uso di marcatori radioattivi o fluorescenti permette di valutare le reazioni d’ibridazione (sonda-DNA). La FISH viene particolarmente utilizzata per studi citogenetici per evidenziare anomalie nel numero di cromosomi (aneuploidia), amplificazioni o delezioni geniche e riarrangiamenti. nabissi 14

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Analisi della proliferazione cellulare Conta delle mitosi: conta al microscopio delle mitosi presenti in vari campi della stessa sezione (risente dello spessore della sezione, della colorazione e dalla capacità dell’operatore) Marcatura con timidina: marcatura del tessuto a fresco con timidina radioattiva, fissazione del tessuto e autoradiografia. I nuclei marcati con timidina sono quelli nella fase S del ciclo cellulare. Diagnostica di medicina nucleare Scintigrafia : permette di ottenere informazioni di tipo funzionale legate ai fenomeni biologici che condizionano la distribuzione del radiofarmaco e la sua variazione nel tempo. La scintigrafia puo’ essere diretta utilizzando radiofarmaci che tendono ad accumularsi nel tessuto neoplastico dando luogo ad una immagine positiva della massa neoformata (iperattività focale, immagine “calda”). Questo metodo, a causa della non totale specificità dei radiofarmaci a tropismo tumorale a disposizione, riconosce anche diversi processi patologici non neoplastici. La scintigrafia indiretta utilizza radiofarmaci a tropismo d’organo che si distribuiscono nel parenchima e non nel tessuto neoformato, rappresentando il tumore come area “fredda” e riconosce qualunque alterazione che occupa il parenchima (cisti, ascessi). nabissi 14

Scintigrafia dello scheletro in posizione anteriore e posteriore; presenza di multiple aree di ipercaptazione da metastasi da cancro alla mammella nabissi 14

I principali emettitori utilizzati nella terapia oncologica sono: La tomografia ad emissione di positroni (PET) è un’evoluzione della scintigrafia e permette di analizzare i tessuti tridimensionalmente migliorando la risoluzione spaziale dell’immagine e di quantificare la quantità e concentrazione del radiofarmaco utilizzato. I principali emettitori utilizzati nella terapia oncologica sono: Isotopi dello iodio nella visualizzazione di tumori epiteliali tiroidei. Radiofosfonati: come il pirofosfato utilizzato nell’indagine di lesioni ossee focali (primitive o metastatiche). Radiogallo: si lega alla transferrina e si distribuisce principalmente in ossa, fegato e midollo osseo. Utilizzato nella diagnosi dei linfomi Hodgkin e non-Hodgkin, ma anche nelle lesioni infiammatorie dove è presente la lattoferrina prodotta dai leucociti, quindi viene utilizzato anche nella diagnosi di infezioni. nabissi 14

Metaiodobenzilguanidina (MIBG) radio iodata: utilizzata nella diagnosi di neuroblastomi, carcinomi della tiroide e nello studio delle innervazioni polmonari e cardiache essendo un analogo della noradrenalina. Analoghi radio marcati della somatostatina: visualizza tutti i tumori che esprimono il recettore della somatostatina ed è principalmente utilizzato nella diagnosi di astrocitomi, tumori renali, mammari, ovarici e linfomi. Fluoro-deossi-glucosio: permette di studiare il metabolismo glucidico in quanto la maggior parte dei tumori mostra un’alta attività glicolitica. Metil-metionina: aminoacido radioattivo modificato che viene captato dalle cellule con alta attività di sintesi proteica. Utilizzato nella PET per la diagnosi di tumori cerebrali, testa-collo, polmone e mammella.   nabissi 14

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