Biotecnologie ed Evoluzione della Terapia Medica dei Tumori Solidi

Presentazione sul tema: "Biotecnologie ed Evoluzione della Terapia Medica dei Tumori Solidi"— Transcript della presentazione:

1 Biotecnologie ed Evoluzione della Terapia Medica dei Tumori Solidi
Dr. Francesco Graziano Medical Oncology Hospital of Pesaro Biotecnologie ed Evoluzione della Terapia Medica dei Tumori Solidi European Commette for Genetic Cancer Research

2 della malattia metastatica
Terapia dei tumori Stadio I-II Stadio III Stadio IV chirurgia chemioterapia primaria chemioterapia della malattia metastatica radioterapia chirurgia guarigione chirurgia prolungamento della sopravvivenza palliazione guarigione prolungamento della sopravvivenza

3 Riduzione della massa tumorale Obiettivi della chemioterapia antitumorale negli stadi avanzati (stadio IV) Aumento della sopravvivenza Beneficio sui sintomi

4 Sviluppo storico della chemioterapia antineoplastica
1945 Mecloretamina 1950 Metotrexato 6-Mercaptopurina Busulfan 1955 Clorambucil Ciclofosfamide 1960 Vinblastina, vincristina Fluorouracile, actinomicina D Melfalan 1965 Procarbazina, 6-tioguanina Citosina arabinoside Adriamicina Prima chemioterapia adiuvante con actinomicina D nel tumore di Wilms 1970 Bleomicina, dacarbazina da G. Bonadonna, (modificata)

5 Sviluppo storico della chemioterapia antineoplastica (II)
1975 CCNU, BCNU, cisplatino CMF adiuvante nel ca. mammario Terapia adiuvante nell’osteosarcoma Trapianto di midollo osseo PVB nei tumori del testicolo 1980 Etoposide, mitoxantrone Inizio chemioterapia primaria in vari tumori solidi resecabili 1985 Carboplatino Ifofosfamide + MESNA Trapianto autologo con GM-CSF Espansione chemioterapia primaria 1990 Paclitaxel, docetaxel Topotecan, irinotecan Gemcitabina Oxaliplatino Terapia antiemetica 1995 Target therapy 2000 da G. Bonadonna, (modificata)

6 Inibisce l’adenosina deaminasi Inibisce la biosintesi purinica
pirimidinica PENTOSTATINA Inibisce l’adenosina deaminasi ACIDO FOSFONACETIL-L-ASPARTICO Inibisce la biosintesi purinica IDROXIUREA Inibisce la ribonucleotide reduttasi 6-MERCAPTOPURINA 6-TIOGUANINA Inibisce la biosintesi dell’anello purinico Inibiscono le intercorversioni nucleotidiche ribonucleotidi 5-FLUOROURACILE Inibisce la sintesi dell’acido timidilico CITARABINA FLUDARABINA 2-CLORODEOXIADENINOSINA Inibiscono la sintesi del DNA AGENTI ALCHILANTI MITOMICINA C CISPLATINO PROCARBAZINA DACARBAZINA Formano addotti con il DNA desossiribonucleotidi METOTREXATO Inibisce la riduzione dell’acido diidrofolico Blocca la sintesi purinica e dell’acido timidilico DNA BLEOMICINA ETOPOSIDE TENIPOSIDE Danneggiano il DNA e ne impediscono il riparo RNA (transfer, messaggero, ribosomiale) L-ASPARAGINASI Deamina l’asparagina Inibisce la sintesi proteica PACLITAXEL ALCALOIDI DELLA VINCA COLCHICINA Inibiscono le funzioni dei microtubuli DACTINOMICINA DAUNORUBICINA DOXORUBICINA MITOXANTRONE Si intercalano nel DNA Inibiscono la sintesi dell’RNA proteine enzimi (ecc.) microtubuli

7 Farmaci NON target! Tossicità arigenerativa dei chemioterapici antitumorali Amenorrea, azoospermia GONADI Alopecia CUTE ED ANNESSI CUTANEI Stomatite Enterite arigenerativa Colite mucosa-membranosa Diarrea MUCOSA GASTRO-INTESTINALE Leucopenia, immunodepressione, Piastrinopenia Anemia MIDOLLO OSSEO EMATOPOIETICO

8 A Paradigm Shift in the Treatment of Cancer
Changing of the Guard A Paradigm Shift in the Treatment of Cancer Conventional cytotoxic drugs interact with DNA to prevent cell replication but are not specific to cancer cells We are moving to targeted therapies which specifically target cancer cells

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10 Identificazione del bersaglio
Target therapy: Identificazione del bersaglio Sopravvivenza e crescita delle cellula tumorale dipendono dal bersaglio

11 …. la comparsa degli “inib” e degli “umab” ...

12 Targeted Therapies Gli “umab Gli “inib” Monoclonal antibodies: proteine che si legano a recettore o altra molecola di segnale extracellulare Tyrosine Kinase Inhibitors: molecola che lega e inibisce attività enzimatiche intracellulari

13 Dalla biologia alla biotecnologia ai nuovi farmaci
umab I umab Second messanger ……….inib I I Transcription Translation Proteolysis From JB Gibbs, 2000, modified

14 Lo sviluppo degli “umab” e degli “inib” segue quello dei chemioterapici antitumorali
Acquisizione Screening Produzione e Formulazione Studi clinici di fase I Studi clinici di fase II Studi clinici di fase III Pratica medica

15 Valutazione farmacologico-clinica dei chemioterapici antitumorali (I)
FASE I TOLLERABILITA’ Dose massima tollerata Tipo della tossicità limitante Schema di somministrazione ottimale Dose consigliata per la fase II FARMACOCINETICA FASE II ATTIVITA’ ANTITUMORALE Spettro di attività Relazione dose-risposta

16 Valutazione farmacologico-clinica dei chemioterapici antitumorali (II)
FASE III-IV EFFICACIA TERAPEUTICA Valutazione comparativa con terapia standard Integrazione della chemioterapia nel trattamento primario Monitoraggio farmacocinetico TOLLERABILITA’ Farmacovigilanza

17 Drug Development Timeline
2-4 yrs 3-6 yrs

18 Farmaci a Berasglio Molecolare
Anticorpi monoclonali ….gli “umab” Inibitori della trasduzione del segnale …” gli “inib” Rituximab (CD20) Imatinib mesilato ( bcr-abl -, c-kit-, PDGF-TKs) Trastuzumab (HER2) Gefitinib ( EGFR-TK) Erlotinib ( EGFR-TK) Cetuximab (EGFR) Bortezomib ( proteasoma) Sorafenib, Sunitinib Bevacizumab (VEGF)

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20 Carcinoma Renale Here Lies Interferon Killed by Sunitinib & Sorafenib

21 The Von-Hippel Lindau Gene
Located in the short arm of chromosome 3 Tumor suppressor function Found in up to 80% of sporadic (non-hereditary) renal cell cancers

22 Sporadic Renal Cell Cancer: VHL Two-Hit Hypothesis
At birth First Hit Second Hit: Cancer

23 Inactivation of VHL: An Early Step in Kidney Carcinogenesis
Loss of remaining VHL allele Mutation/s at non-VHL loci VHL (+/-) VHL (-/-): Cysts VHL (-/-): Tumor

24 Consequences of VHL Gene
Mutation Elongin B/C Cul2 Rbx1 pVHL-E pVHL-A X Ubiquitin Ligase Complex Disrupted HIF HIF Accumulation VEGF, PDGF Glut-1, Erythropoietin TGF-, CXCR4 Angiogenesis Increased Metabolism Autocrine Growth Metastasis

25 Sunitinib Sunitinib ↑ VEGF ↑ PDGF
VEGFR PDGFR ↑ VEGF Pericyte/Fibroblast/ Vascular Smooth Muscle Vascular Endothelial Cell ↑ PDGF Sunitinib Vascular permeability Cell survival, proliferation, migration Vascular formation, maturation Inhibition of RCC pathogenesis and progression

26 Horizontal “Targeted” Strategy
pVHL HIF VEGF PDGF TGFa KDR PDGFR EGFR

27 TARGETs Single, Planned Progression-Free Survival* Analysis
Proportion of patients progression free 0.25 0.50 0.75 1.00 Time from randomization (weeks) 6 12 18 24 36 48 60 66 Median PFS** Sorafenib = 24 weeks Placebo = 12 weeks Hazard ratio = 0.44 p-value < 54 Censored observation Placebo Sorafenib *Independently assessed **PFS analysis performed March, 2005 (data cut-off Jan 28, 2005) Escudier B et al. Oral presentation, ASCO, 2005

28 EGFR Epidermal Growth Factor Receptor TK Extracellular Domain
Transmembrane Domain Intracellular Domain

29 Human Epidermal Growth Factor Receptor Family
No specific ligands - often acts as dimer partner NRG2 NRG3 Heregulins β-cellulin EGF, TGFa , b Cellulin Amphiregulin, HB-EGF Heregulins TK TK TK erbB1 HER1 EGFR erbB2 HER2 neu erbB3 HER3 erbB4 HER4

30 Epidermal Growth Factor Receptor
Normal Cell Cancer Cell

31 EGFR expression in solid tumors
EGFR is expressed in a variety of solid tumors Colorectal Colorectal cancer (advanced) 75-82% Lung cancer (NSCLC) 40-91% Head & neck cancer (SCCHN) 90-100% Gastric cancer 33-74% Ovarian cancer 35-70% Lung (NSCLC) Head & Neck (SCC)

32 Structure of the EGF receptor and its mechanism of activation
HER2 HER3 HER4 Ligand (e.g. EGF, TGF) 1. receptor dimerization Extracellular domain Cell membrane Tyrosine kinase domain 2. tyrosine kinase domain activation ATP ATP P P transphosphorylation C-terminus domain P P Cytoplasmatic region P P phosphorylation of substrate tyrosines P P Inactive monomers From E. Raymond et al., 2000 (modified) signal transduction

33 EGFR: FUNZIONE FISIOLGICA
Una delle principali vie molecolari attivate dall’EGFR è quella di ras. Ras viene reclutata attraverso il legame con la molecola SOS.

34 EGFR: FUNZIONE FISIOLGICA
A sua volta, ras determina l’attivazione della serina/treonina chinasi raf, delle MAPKK 1 e 2 e delle MAPK ERK 1 e 2.

35 EGFR: FUNZIONE FISIOLGICA
Il risultato dell’attivazione di questa via molecolare è l’espressione di varie proteine nucleari, inclusa la ciclina D1 (necessaria per il passaggio G1-S nel ciclo cellulare).

36 EGFR: FUNZIONE FISIOLGICA
Un altro target di EGFR è il PI3K

37 EGFR: FUNZIONE FISIOLGICA
Il reclutamento di PI3K porta all’attivazione di Akt, una serina/treonina kinasi con forte attività antiapoptotica. N.B. la via di segnale di Akt svolge un ruolo nel determinare la chemioresistenza/ sensibilità della cellula neoplastica.

38 Targeting Cellular Signal Pathways
umab inib Y EGFR Ras P P Raf MEKK PI3K Rho-B ERK sek Akt MAP kinase intermediates jnk/sapk C-myc C-jun Apoptosis N U C L E U S Ki-67

39 Anti-EGFR Cetuximab Panitumumab Anti EGFR antibody Mouse Chimeric
Humanized Fully Human 100% Mouse 34% Mouse 10% Mouse 100% Human cetuximab matuzumab panitumumab

40 Colorectal cancer: cetuximab BOND Trial
Cunningham et al. ASCO 2003 Randomized trial in 329/577 pts screened for EGFR+ tumors refractory to 5-FU/CPT-11 R CPT-11+cetuximab cetuximab

41 Cetuximab vs. CPT-11+Cetuximab in CPT-11 refractory CRC
Patients free of progression (%) Patients surviving (%) Mono Combo N 111 218 No. events 92 152 Median 1.5 4.1 HR (95% CI): 0.54 (0.42; 0.71) log rank p-value < Mono Combo N 111 218 No. events 75 140 Median 6.9 8.6 HR (95% CI): 0.91 (0.68; 1.21) log rank p-value = 0.48

42 Monoclonal antibodies
KRAS Mutations As an Independent Prognostic Factor in Patients With Advanced Colorectal Cancer Treated With Cetuximab Monoclonal antibodies R K K-ras mutato è sfavorevole

43 Anticorpi monoclonali Piccole molecole anti-TK
Strategie anti-EGFR Anticorpi monoclonali TK TK Piccole molecole anti-TK PI3-K GRB2 pY pY SOS pY STAT3 RAS RAF PTEN AKT MEK Gene transcription MAPK G1 M S Proliferation/ maturation Survival (anti-apoptosis) G2 Chemotherapy / radiotherapy resistance Metastasis Angiogenesis

44 Gefitinib (piccola molecola anti-EGFR TK)
Farmaco studiato nei carcinomi polmonari non a piccole cellule (esprimono EGFR) Small molecule TKIs R K

45 Differenze di risposta al gefitinib
Group Response p value Study Women vs men 19% vs 3% 0.001 IDEAL 21 Japanese vs caucasian 27.5% vs 10.4% 0.0023 IDEAL 12 Adenocarcinoma vs others 13% vs 4% 0.046 Non-smokers vs former/current 36% vs 8% < 0.001 MSKCC3 1Fukuoka et al., JCO 2003; 2Kris et al., JAMA 2003; 3Miller et al., JCO 2004

46 Overexpression + mutation Normal Cell Cancer Cell

47 MUTAZIONI DI EGFR l’effetto delle mutazioni di EGFR sulla funzione della proteina è ancora oggetto di ricerca; le cellule che presentano forme mutanti di EGFR, vanno incontro a massiva apoptosi sotto l’azione di farmaci inibitori della via di segnale Akt e STAT-mediata.

48 85% circa di queste mutazioni
MUTAZIONI DI EGFR 85% circa di queste mutazioni delezioni multinucleotidiche “in-frame” (ESONE 19) mutazioni puntiformi (ESONE 21)

49 > frequenza nel sesso femminile;
MUTAZIONI DI EGFR > frequenza nel sesso femminile; > frequenza nelle popolazioni dell’est asiatico; > frequenza nei non fumatori; > frequenza nel tipo istologico adenocarcinoma.

50 2 classi differenti di molecole anti-EGFR Monoclonal antibodies
Carcinoma del polmone (NSCLC) Carcinoma del colon Small molecule TKIs Monoclonal antibodies R R K K EGFR mutato è favorevole K-ras mutato è sfavorevole

51 Tossicità dei farmaci anti-EGFR
Drug-related adverse events in >5% of patients: IDEAL 1 (250 mg/day) Tossicità dei farmaci anti-EGFR Patients (%) Rash Diarrhoea Pruritus Dry skin Acne Nausea No grade 4 drug-related adverse events were recorded Fukuoka et al 2003a

52 Adverse skin effects after gefitinib (ZD1839) treatment
A. Mild (grade 1) acne-like rash in the breast area of a 52-year-old patient treated with 225 mg/d B. More severe (grade 2) facial acne-like rash in a patient treated with 1,000 mg/d for 8 months

53 Neo-angiogenesi tumorale
Normal tissue Tumor tissue Jain: Science; 307: 58-62, 2005

54 formazione di nuovi vasi sanguigni a partire da pre-esistenti
ANGIOGENESI: formazione di nuovi vasi sanguigni a partire da pre-esistenti vasi capillari normali aggressività della malattia esito clinico sfavorevole ridotta sopravvivenza globale

55 Il controllo dello switch angiogenetico dipende dall’equilibrio tra fattori PRO- ed ANTI-ANGIOGENETICI

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57 è un fattore di sopravvivenza per le cellule dei vasi neoformati;
VEGF è il più potente e specifico fattore mitogeno per le cellule endoteliali; è un fattore di sopravvivenza per le cellule dei vasi neoformati; induce un aumento della permeabilità vasale, facilitando l’immissione delle cellule neoplastiche nel torrente circolatorio.

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59 Bevacizumab (Avastin™): rhuMAb VEGF
Recombinant Humanized Monoclonal Antibody to VEGF 93% human, 7% murine Recognizes all isoforms of VEGF, Kd = 8 x M Terminal half life days

60 Bevacizumab (Avastin™): rhuMAb VEGF
Somministrato e.v. insieme a chemioterapci Approvato per il trattamento dei pazienti con carcinoma del colon-retto avanzato

61 Bevacizumab + chemioterapia vs. Placebo + chemioterapia
Sopravvivenza libera da progressione: IFL + placebo, 6,2 mesi; IFL + bevacizumab, 10,6 mesi (p<0,001) Risposta obiettiva: IFL + placebo, 34,8%; IFL + bevacizumab, 44,8% (p=0,004) Hurwitz e coll. New Engl J Med, 2004

62 GIST: Gastrointestinal Stromal Tumors
GI sarcoma Highest incidence in the year age group Expression of c-KIT (CD117) in ~95% of cases

63 Kit Receptor Phenotype
ADP + P ATP Proliferation Survival Adhesion Invasion Metastasis Angiogenesis

64 Kit Receptor Phenotype
ATP Imatinib Proliferation Survival Adhesion Invasion Metastasis Angiogenesis = imanitib contact point

65 Imatinib Mesylate (STI 571: Glivec)
Formula: C30H35N7SO4 MW: Inhibitor of selective tyrosine kinases bcr-abl PDGF-R c-kit Potent (IC50  0.1M)

66 PET Before and after Glivec for GIST
7/12/00 9/1/01

67 EORTC study: Imatinib for Advanced GIST Survival Benefit
Verweij, et al 2004

68 c-Kit Receptor Structure
Extracellular Domain (exon 9, 10.2%) Juxtamembrane Domain (exon 11, 66.1%) ATP Tyrosine Kinase Domain I (exon 13/14, 1.2%) Tyrosine Kinase Domain II (exon 17, 0.6%) = common mutation site

69 Overall Survival by Genotype
Median Survival Exon 11 Not reached Exon 9 1347 days No mut 250 days Exon 11 Exon 11 Exon 9 No Mutation

70 Target therapy”? ….quale bersaglio?