Diagnostica oncologica

Diagnostica oncologica

Professori Mini, Pinzani e Santucci

A.A. 2022/2023

Parte 1 – Prof. Mini

ATTENZIONE! Consiglio assolutamente di affiancare le slide del Prof. Mini alle seguenti sbobine poiché all’esame sono richieste informazioni che a lezione non sempre espone o che dice espressamente di guardarsele sulle slide (per es. dati, anche numerici a volte, di esperimenti; nomi di farmaci ecc…)

Introduzione alla chemioterapia – (Lez.1) 27.09

Intanto facciamo un’introduzione relativa ai tumori, rappresentano infatti la seconda causa di morte a livello mondiale con variazioni da paese in paese ed è secondo solo alle malattie cardiovascolari, ma se andiamo a fare un focus sulla popolazione attiva, ovvero più o meno fino ai 70 anni, ecco che si nota che in tanti paesi del mondo, quelli soprattutto occidentali e industrializzati, il cancro è la prima causa di morte, anche più delle malattie cardiovascolari. Ed è importantissimo fare prevenzione precoce, ma soprattutto è importante fare una prevenzione primaria, infatti il 30% dei tumori ad oggi è dato dal fumo di tabacco, per cui se si limitasse e vietasse il consumo si toglierebbe in prospettiva un 30% di tumori.

In linea di principio possiamo dire che ci sono due categorie di tumori, i tumori solidi che nascono da tessuti ben localizzati, la seconda invece sono i tumori del sangue, o delle cellule ematopoietiche, i quali possono avere diffusione sistemica, come le leucemie riconoscibili con esami del sangue, oppure invece possono annidarsi in linfonodi o midollo osseo, come i linfomi e mieloma multiplo rispettivamente. E vediamo che la maggioranza attuale dei tumori per incidenza e mortalità sono i tumori solidi, infatti oltre il 92-93% dei tumori riguarda organi solidi del nostro organismo, circa il 7-8% quelli del sangue.

Dei tumori solidi possiamo citare tra i ranghi più alti per incidenza la mammella, il colon-retto, polmone, prostata e vescica, mentre per mortalità si aggiunge il pancreas e fegato e vediamo che sono circa 2/3 dei tumori solidi noti. Tra i tumori del sangue come detto abbiamo soprattutto linfomi e leucemie che rappresentano la maggioranza delle morti da neoplasie ematologiche.

Da un punto di vista dell’epidemiologia futura possiamo vedere statistiche che proiettano il trend nei prossimi anni che fanno vedere che nei paesi industrializzati nei prossimi circa 20 anni avremo un incremento di casi e anche di morti ovviamente. E quello che è stato concluso è che l’incidenza è attesa in crescita e che sia necessario combattere il cancro con risorse con la finalizzazione alla prevenzione, diagnosi precoce e alle cure dirette anti-tumorali e anche cure palliative. E se si fa questo è possibile antagonizzare il trend di una mortalità in aumento come incidenza in aumento.

Farmacologia tumorale

Allora andiamo alla farmacologia tumorale, vedendo alcune nozioni introduttive, diciamo che se possiamo fare una terapia antitumorale utile è stata teorizzata da Paul Ehrlich nel 1897 che teorizzò un modello di targeting proteico per cui usando un vettore proteico vi si lega un farmaco che funziona verso un certo tipo di cellule (all’inizio venne ideato per i batteri) in questo modo possiamo avere una terapia specializzata e mirata, che chiamò come “magic bullet concept”, ovvero della pallottola magica. Ma bisogna arrivare nel 1946 quando in letteratura emerge il primo report per cui un paziente con linfoma di Hodgking trattato con una sostanza alchilante vede la riduzione del tumore, non guarì perché poi il tumore divenne resistente, ma venne dimostrata la funzione del ruolo antitumorale di un farmaco.

E questa fu una scoperta guidata da un evidenza biomedica durante la prima guerra mondiale quando sui campi di battaglia furono usati gas per far soffocare, che non solo distruggeva gli alveoli ma faceva abbassare i globuli bianchi e da questa considerazione di queste sostanze tossiche che riducevano i globuli bianchi normali, si pensò che potessero anche abbassare i globuli bianchi leucemici. Allora si capì che si poteva aggredire il cancro, in quegli anni però Watson e Crick descrissero anche il DNA nella sua struttura, allora ci furono chimici e biochimici che crearono strutture simili ai metaboliti che servono alla sintesi del DNA con lo scopo di alterare la sintesi degli acidi nucleici. E nel 1948 Hitchings e Elion sintetizzarono una serie infinita di farmaci, detti “albero di Hitchings” che sono antimetaboliti, come la 6-mercaptopurina che è un analogo purinico che se usato nella sintesi del DNA ne blocca la sintesi.

Nel 1955 poi ci fu anche la realizzazione di programmi per lo screening di composti a potenziale azione antitumorale da parte della NCI, National Cancer Institute. E venne fatto sia in vitro, su modelli di tumori murini o anche colture stabilizzate di carcinomi anche umani, oppure tumore trapiantabile in un modello animale singenico e xenotrapianti di tumori umani in modelli di topo immunodepresso. Tutto questo ha portato sicuramente a una situazione che già a metà degli anni ’90, nel 1996, grazie alla terapia citotossica sviluppata su questi principi, si assiste negli USA e poi nel mondo, alla prima riduzione della mortalità dei casi di cancro, per cui i pazienti trattati con questi farmaci vivono di più.

Nel frattempo chiaramente si ebbero tante altre scoperte, come il concetto proto-oncogene, o la scoperta della tecnica dell’ibridoma per la coltura cellulare e produzione di Ab monoclonali. E c’è anche un clinico israeliano, Alexander Levitzki, che, sapendo che queste oncoproteine, di membrane o citosoliche, sono agganciate a un dominio chinasico, sia esso Tyrk o Ser/ThrK, pensò allora di sviluppare degli inibitori della fosforilazione per bloccare tali domini chinasici e la maggior parte mimano la struttura dell’ATP per sostituirsi funzionalmente nel sito co-enzimatico di questo enzima protein-chinasico bloccandolo.

Allora si giunge con queste informazioni di natura biologica a formare farmaci monoclonali, come il Trastuzumab per la terapia al tumore metastatico alla mammella che sovraesprime Her2, una proteina di membrana che ovviamente nella porzione intramembranaria ha una valenza Tyrk che sostiene la crescita metastatica tumorale, e si trova in circa un 25% dei tumori mammari, per cui solo questo 25% dei tumori mammari sono trattabili con Trastuzumab. Altro esempio di terapia bersaglio-specifica è l’Imatinib, approvato nel 2001 dalla FDA, è un composto chimico inibitore competitivo dell’ATP, è un Tyrk-inibitori, nello specifico di una chinasi codificata da un gene detto BCR-ABL, una proteina di fusione che ritroviamo nella leucemia mieloide cronica e frutto della traslocazione 9-22 costituendo il cromosoma Filadelfia. Ed è stato impegnato dal 2001 cambiando la storia di questa malattia all’inizio stimata in un solo 5-10% di sopravvivenza ai 5 anni, ma con l’Imatinib si arriva a un 90% di sopravvivenza.

Da quegli anni pioneristici ad oggi si arriva a conoscere e capire quali sono le proprietà fenotipiche alterate di una cellula neoplastica, soprattutto con Hanahan e Weinberg nel 2001 in cui si fa riferimento alle proprietà distintive fenotipiche dei tumori rappresentato da caratteristiche deleterie, come invasione, metastatizzazione ecc.. Ovviamente le competenze di un tumore non si limitano però a singole mutazioni, ma con sequenziamento a tappeto di una grande quantità di tumori, sono state create banche dati enormi nelle quali si stabilisce che tantissime possono essere le alterazioni a livello di proteine che promuovono e sostengono la crescita e progressione tumorale.

Per cui grazie a tali conoscenze nel 2011 è stato approvato il Vemurafenib grazie alla mutazione riconosciuta su BRAF, la V600E, la più comune nei melanomi, oppure sempre nel 2011 è stato approvato anche l’Ipilimumab, che ha come target un recettore dei T-linfociti, ovvero CTLA4. E questo targeting è fondamentale perché è un recettore co-inibitorio del linfocita-T e che quando si lega con il suo ligando fisiologico esercita la sua funzione inibente dell’attività citotossica del T-linfocita, ma se il mAb impedisce il legame con il ligando naturale, questo non lega il CTLA4, e quindi il linfocita T non viene inibito e mantiene la sua funzione citotossica.

Questo fa si che si mantenga sempre l’auto-sorveglianza, una forma di immunosorveglianza nei confronti dei tumori, anche quando il tumore cerca di limitarla con questi meccanismi. Nel 2014 poi è stato approvato il Pembrolizumab che è tra i più usati in terapia. E di recente abbiamo anche le CAR-T cells che sono cellule ingegnerizzate in laboratorio a riconoscere un antigene tumorale soprattutto sulle neoplasie ematologiche.

Tutto questo riporta al concetto di terapia di precisione che si basa sulle conoscenze del genoma umano e tumorale e sull’applicazione di tecnologie biologiche e biotecnologiche all’indagine delle varianti presenti nell’individuo e singoli tumori e si basa anche sulla possibilità bioinformatica di analizzare tanti processi e sulla disponibilità di nuovi farmaci a azione molecolare specifica. Tutto questo ha contribuito in epidemiologia possiamo vedere la riduzione della mortalità (linea rossa) e l’aumento dei lungo-sopravviventi da cancro (barre blu)

Terapie oncologiche

Quindi possiamo riassumere che esiste una terapia citotossica molto poco specifica, poi una terapia ormonale che riducono o bloccano la sintesi di determinati ormoni, poi una target-specific therapy che si divide in inibitori delle proteine-chinasi e mAb, dove entrambi hanno meccanismi di azione che inibiscono specifici tipi di cellule tumorali, quelle che hanno uno specifico bersaglio verso cui è diretta una molecola chimica o anticorpale, inibendo a cascata il pathway di segnalazione che partono da queste molecole.

Poi abbiamo la immuno-terapia dove i mAb e altre sostanze hanno il ruolo di stimolare il SI (sistema immunitario), e poi come detto anche la terapia CAR-T e la terapia genica che cerca di restaurare una integrità genica in cui un gene viene a essere corretto o rimpiazzato mediante un editing mirato quando si ha porzioni di geni mutati che portano alla degenerazione tumorale.

Tutto questo è stato anche poi corroborato a una serie di avanzamenti nel settore biotecnologico, nel settore della pato-biologia, ma anche farmacologia, e anche nel riconoscimento della stratificazione dei pazienti e tutto questo si traduce in una applicazione clinica tale che si vada sempre di più verso un approccio multi-disciplinare gestito da un gruppo vasto di persone che considerano anche soprattutto le caratteristiche molecolari di una neoplasia. Tanto che va benissimo la classificazione morfologica ad oggi presente, ma è altrettanto importante una tassonomia molecolare perché queste alterazioni di geni driver dei tumori è comune in alcuni casi anche a neoplasie assolutamente diverse. Mutazioni BRAF, KRAS, p53 e così via sono infatti estremamente comuni in tantissime neoplasie e quello che è la sfida attuale è capire se in terapia una singola mutazione che sta in tanti tumori può essere aggredita con lo stesso tipo di farmaco, diventando un farmaco che va bene ed è specifico per quel bersaglio a prescindere da quale sia quel tumore in cui quel target viene espresso. Oggi infatti si hanno questi studi basket che mettono in un unico studio tumori diversi ma accomunati da una stessa alterazione molecolare e che si basano poi su ricerche cliniche per capire il tasso di risposta, aumento di sopravvivenza e così via. E questo è utile in alcuni farmaci, mentre meno per altri.

Chemioterapia citotossica

Andando in ambito ora un po’ più farmacologico abbiamo da una parte i chemioterapici citotossici, come detto prima facenti parte della terapia citotossica, come la mercaptupurina come analogo delle purine, Metotrexato e pemetrexato come antifolici, poi idrossurea sempre antimetabolita, e tutto concorre a inibire la sintesi del DNA. ci sono poi inibitori della replicazione del DNA e consistono o in prodotti naturali derivati di sostanze naturali alcaloidi vegetali, antibiotici prodotti da specie microfunginee, come la camptotecina, l’Irinotecano e Topotecano, oppure antibiotici citotossici come la Doxorubicina ed inibiscono enzimi che sono detti topoisomerasi, 1 e 2, che sono coinvolti nella duplicazione del DNA e quando sono inibiti si blocca la duplicazione. D’altra parte sempre per la duplicazione del DNA agiscono anche farmaci come agenti alchilanti, analoghi del platino, mitomicina che formano addotti nel DNA e sono bloccanti perfetti nella replicazione del DNA. ci sono poi Taxani e alcaloidi della vinca che sono invece i bloccanti della microtubulina e non entra quindi direttamente il DNA ma le microtubuline che formano il fuso mitotico e quindi si blocca sempre la mitosi e quindi si arresta la proliferazione della cellula tumorale che va in apoptosi.

Ci troviamo poi tutti i farmaci che abbiamo citato anche prima, come inibitori delle Tyrk, poi anche mAb, oppure bloccanti dei checkpoint immunitari e poi abbiamo citato anche gli antagonisti ormonali che però non trattiamo.

Noi parliamo dei chemioterapici classici, che a prescindere da cosa facciano, bloccano comunque il ciclo cellulare, e alcuni agiscono soprattutto durante la fase S del ciclo, ovvero la fase di sintesi del DNA, bloccando ovviamente quindi il passaggio alla fase M e quindi replicazione cellulare. Ci sono farmaci come nitrosuree, composti del platino, procarbazine, doxorubicina, che esercitano un’azione inibente su TUTTE le fasi del ciclo e dal punto di vista citotossico fa si che abbiamo due tipologie di agenti citotossici da usare al meglio in terapia e anche nei sistemi test in vitro e in vivo.

Allora per gli agenti fase specifici, siccome la tossicità agisce in modo minore rispetto a tutte quelle tumorali, è chiaro che per avere una citotossicità massimale occorrerebbe aumentare il tempo di esposizione perché un maggior numero di cellule in questo modo passa attraverso quella fase che viene inibita, che sia la fase S o M. e quindi si somministrano come un’infusione protratta o addirittura molte ore o giorni, o anche somministrandoli ogni settimana in modo fisso o quasi. Per gli agenti invece fase non specifica le cui azioni vanno su tutte le fasi, questo limite del tempo non c’è e diventa molto importante allora per avere la massima citotossicità sull’incremento della dose, aumentiamo allora il dosaggio finché abbiamo azione favorevole senza avere effetti collaterali importanti.

Applicazione della chemioterapia citotossica

Importante notare che la chemioterapia citotossica è applicabile a molte poche neoplasie, soprattutto perché sono quelle neoplasie che sviluppano poca chemio-resistenza. Per esempio le cellule germinali testicolari hanno una scarsa capacità di riparare danni al DNA, allora farmaci come il cisplatino che creano addotti con il DNA, questi rimangono li e non vengono riparate. Oppure altre teorie pensano anche che la quota di cellule germinali in tumori al testicolo sia molto limitata. E per esempio la leucemia linfatica acuta, la leucemia mieloide acuta, il linfoma di Hodgkin, di Burkitt, le neoplasie germinali del testicolo, il tumore di Wilms, Rabdomiosarcoma embrionale sarcoma di Ewing e altri sono tumori che hanno una altissima suscettibilità di guarigione alle terapie chemioterapiche.

D’altra parte invece abbiamo anche una lista di tumori che sono invece molto resistenti di base alla chemioterapia citotossica e che quindi contengono elementi di chemioresistenza che fa si che sia inefficace, come i carcinomi corticosurrenali, i sarcomi dell’adulto, quasi tutte le neoplasie in pazienti con scarso performance status, ovvero un punteggio che si attribuisce alle capacità del paziente di condurre una vita normale, quindi un p.s. 0 o 1 è un paziente con pochi sintomi della malattia, per arrivare a 3 o 4 che sono pazienti in cui la malattia si fa molto sentire e che hanno difficoltà a stare in piedi, mangiano poco, sono denutriti, dimagriti, dolori ecc… E quindi i pazienti con p.s. 3 o 4 non possono avere e sostenere il peso di una terapia citotossica o chemioterapica, tanto che non si fa chemioterapia addirittura o si fa con un dosaggio spesso molto basso.

Poi troviamo in questa lista i tumori carcinoidi, carcinoma gastrico, epatocarcinoma, carcinoma renale, melanoma, dove il melanoma è stato trattato negli ultimi 10 anni con Tyrk inibitori di origine immunitaria, ovvero inibitori degli immuno-checkpoint e questo ha portato a sopravvivenza a lungo termine molto più vasta e probabile. Poi troviamo anche il carcinoma prostatico che è chemioresistente ma ormono-sensibile e si tratta con terapia ormonale.

Targeting specifico per i tumori

Ora andiamo che nel targeting specifico per i tumori, sappiamo che vivono mediante un signaling molto complesso sia coinvolto nella proliferazione illimitata, invasività nei tessuti, metastatizzazione ecc… e i bersagli verso cui possiamo fare azione specifica possono anche essere molti. Allora un tempo quando si cominciò a studiare la genetica e genomica dei tumori, fu detto che i driver genes non erano più di 100 e che quindi nei confronti di questo 100 geni patogenetici si poteva forse fare una terapia in futuro, negli anni poi questo numero di geni potenzialmente target di terapia e poi soprattutto patogenetici è aumentato esponenzialmente.

È poi vero che la patogenicità in alcuni casi sia espressa in pochi casi, ma in totale si stima ci siano 800 geni drivers e non sempre abbiamo farmaci a disposizione. Quindi, cosa corrisponde allora a un signaling alterato così complesso? Si vede che abbiamo fenotipi alterati altrettanto complessi nelle cellule tumorali schematizzati in una proliferazione illimitata dovuta a signaling sostenuti di recettori membranosi, poi evasione all’apoptosi, all’immunosorveglianza, poi attivazione della metastatizzazione, dei processi di angiogenesi e anche un estremo aumento di instabilità genomica con aumento della formazione di nuove mutazioni. in più ci sono anche una serie di altre caratteristiche come de-regolazione del metabolismo energetico come l’effetto Warburg. Allora su tutti questi fenotipi verosimilmente già da ora possiamo agire con farmaci bersaglio più o meno specifici e lo saremo ancora di più nei prossimi anni. Questi farmaci bersaglio specifici possono essere sia dei composti chimici che mAb che inibiscono in buona sostanza l’azione di queste oncoproteine delle cellule tumorali o comunque delle proteine specifiche che alterano il normale ciclo cellulare.