BIOLOGIA TUMORAL: PROLIFERACION TUMORAL. DIFUSIÓN TUMORAL

1. INTRODUCCIÓN

El termino cáncer se refiere a todos los tipos de neoformaciones malignas: las que se producen en los epitelios (carcinomas), las que derivan de tejido conectivo (sarcomas), las que parten de las células de la glía del sistema nervioso central y asimismo las que se originan de los linfáticos y de los tejidos hematopoyéticos. El cáncer no es solo una enfermedad, pero genéricamente entra en una categoría especial de enfermedad, comparable en su diversidad infecciosas. Este termino engloba una serie de enfermedades que tiene factores de riesgo diferentes, localizaciones distintas, cuadros clínicos propios, evolución y pronostico diversos, pero tienen en común, en mayor o menor grado, una serie de fundamentos biológicos que las distinguen de otro tipo de enfermedades. Es por ello que empezaremos por la biología tumoral

2. BIOLOGÍA TUMORAL

Desde un punto de vista biológico las células cancerosas presentan un crecimiento incontrolado, tienen una capacidad de difundir (invadir tejidos vecinos y dar lugar a metástasis) y tienen una perdida de diferenciación.

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Dos son los hechos que mas llaman la atención, su crecimiento incontrolado y su capacidad de difundir. Las metástasis son las responsables de la mayoría de fallecimientos en los pacientes neoplásicos, ello se debe principalmente a que en general, las neoplasias presentan ya durante el diagnostico, depósitos secundarios (micro metástasis) o metástasis detectables clínicamente. De este modo las estrategias de tratamiento se centran únicamente en la erradicación del tumor primario son curativas en un tercio de los enfermos afectos de las neoplasias mas comunes.

3. CRECIMIENTO TUMORAL

Cinéticamente, el tumor representa una población celular en expansión, caracterizado por la ausencia o déficit permanente de la sensibilidad al control de la multiplicación o una perdida de sensibilidad a las ordenes de apoptosis (muerte celular programada)

En ciertos limites, la población celular tumoral se asemeja a una masa celular normal en proliferación continua. Repasaremos brevemente el crecimiento celular. Se basa en cuatro puntos fundamentales, el ciclo celular, los compartimentos celulares, la curva de crecimiento y la apoptosis.

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a. CICLO CELULAR

Fase G1

Constituye generalmente la fase mas larga del ciclo celular y se caracteriza por la síntesis de RNA y sus proteínas; representa por otra parte para la célula un momento decisivo, para permanecer en el compartimento proliferante o entrar en un estado quiescente (G0). La continuación del ciclo o entrar en la fase G0, depende de los estímulos derivados del microambiente (factores de crecimiento, factores nutritivos)... Para que una célula pase a través de ese punto y entre en la fase S, es preciso que un conmutador molecular cambie el estado de apagado a encendido. Tal conmutación sucede de la siguiente forma: conforme suben los niveles de ciclinas D y E ( estimuladas por genes que sintetizan factores de crecimiento o sus receptores, protooncogenes), estas proteínas se combinan con unas cinasas dependientes de las ciclinas y las activan, arrebatan fósforo a las moléculas de ATP y las transfieren a una proteína (pRB).vSi esta proteína no esta fosforilada bloquea el ciclo celular, secuestrando otras proteínas, los denominados factores de transcripción (protooncogenes, familia ras y myc), que de esta forma no pueden actuar sobre los genes del núcleo.

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Además hay múltiples acciones moleculares que regulan el ciclo y sirven de freno, como las proteínas p15, p16 y pt53, entre otras. La p53 para el ciclo celular si existen alteraciones en ella, enviando a la célula a reparar el daño si este no es irreversible o a la apoptosis si no reúne las condiciones genéticas correctas para su reduplicación.

Los canceres surgen o por un exceso de activación de los genes codificantes de proteínas estimuladoras (protooncogenes transformados en oncogenes) o por un fracaso en los genes encargados del freno o la apoptosis (pRB, p15, p16, p53) o ambos.

La transcripción a lo largo de esta fase puede ser retrasada por largos periodos de tiempo bajo condiciones adversas, sin que la célula pase a la fase S, ni vuelva a la fase G0. Esta variabilidad de entrada en la fase S, supone probablemente una barrera para la quimioterapia con fármacos que actúan específicamente en una determinada fase del ciclo celular, algunas células tumorales no tendrán tiempo para abandonar G1, durante la administración de quimioterapia y sobrevivirán al tratamiento.

Fase S

Cuando la célula entra en esta fase irremediablemente va a la división celular. Es el periodo durante el cual se verifica la síntesis de ADN, o sea la duplicación del material genético. La síntesis de ADN no es constante a lo largo de esta fase, si no que presenta un máximo pico en el periodo medio de ella.

Fase G2

Constituye el intervalo postsintetico o premitótico durante el cual la célula sintetiza RNA y proteínas necesarias para la mitosis.

Mitosis

Es la única fase morfológicamente identificable, durante la cual se realiza el proceso de condensación, orientación, segregación y recondensación de los cromosomas, que en condiciones normales garantiza una igual repartición del material genético en cada célula hija. En esta fase existen cuatro conocidas subfases de profase, metafase, anafase y telofase.

Recientemente se ha sabido que las células normales tienen un numero fijo de divisiones (entre 50-60 en células humanas), después del cual el crecimiento se detiene y las células se vuelven senescentes y mueren. Pues bien, en los extremos de los cromosomas, ciertos segmentos de ADN, que se denominan telomeros llevan la cuenta del numero de divisiones, pues se van acortando cada vez que el cromosoma se replica durante la fase S. Cuando la longitud de los telomeros sobrepasa cierta fase critica, suena una alarma que avisa a las células para que inicien la fase de senescencia. Si la

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célula no hace caso, profundiza en la crisis, ya que los cromosomas mas cortos provocan un verdadero caos genético. Pues bien las células cancerosas tienen una telomerasa que repara los telomeros haciendo que se pierda el contaje y haciendolas inmortales.

Como se ha visto, el ciclo celular posee varios sistemas de regulación para llevar a cabo este proceso. Existen dos momentos claves en los que se toma la decisión de realizar el ciclo. En primer lugar el denominado “punto de restricción en organismos eucariota” o”estar en levaduras” que se sitúa al final de G1, mientras que el segundo punto de control se sitúa en la fase G2, inmediatamente después de entrar en mitosis.

A lo largo de la fase G1, diversos factores de crecimiento influyen en el destino de la célula hacia su proliferación o diferenciación. Para ello, se unen a receptores específicos de superficie, que activaran las cascadas de señalización que regulan la transcripción de los genes que codifican las proteínas necesarias para llevar a cabo ese proceso de proliferación. Este sistema esta constituido por un conjunto de heteroproteinas que se disponen en dímeros, formados por un elementos regulador, llamado ciclina, y una subunidad catalítica con actividad proteincinasa que se denomina cinasa dependiente de ciclina.

b. COMPARTIMENTOS CELULARES

La mayoría de los tejidos de los que proceden los tumores se están renovando, en los cuales, las células diferenciadas y funcionales, son reemplazadas continuamente por células procedentes de la proliferación de células madre.

Las células madre tienen dos funciones fundamentales, la capacidad de diferenciación y la de originar nuevas madre para reemplazar a las utilizadas en el primer proceso. A medida que las células se diferencian, pierden su capacidad proliferante. Diferenciación y proliferación son procesos opuestos.

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Los tejidos están constituidos por una población heterogénea: en el adulto normal se observan tres grupos de células en casi todos los tejidos, llamados compartimentos celulares.

a) las que no se diferencian y se están reduplicando. En ciclo continuo

b) las que se diferencian, pero en un momento dado pueden dividirse y reduplicarse. En fase G1 prolongada o G0 transitoria.

c) Las que se diferencian y no se reproducen nunca. Fase G0 permanente.

En ciertos limites, la población celular tumoral se asemeja a una masa celular normal en proliferación continua que viene renovada del compartimiento A o sea de una sola célula. A veces se diferencian y pierden su capacidad de división transitoria (compartimiento B) o permanentemente (compartimiento C)

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c) CURVA DE CRECIMIENTO

En lo que se refiere a la capacidad de crecimiento de un tumor, esta se puede considerar como resultado de tres factores:

velocidad de división de las células

fracción de células en compartimiento A

cantidad de células perdidas o muertas

En los primeros estadios, el crecimiento de las células es exponencial. La velocidad de crecimiento de las células en división se mide en tiempo de duplicación, que es el tiempo que tarda un tumor en adquirirle doble de su volumen. El tumor a lo largo de su existencia va aumentando el tiempo de duplicación. Es el llamado crecimiento gompertziano. Esto se atribuye a: alargamiento del ciclo celular, disminución de la fracción de crecimiento, aumento de perdida celular en relación directa con la edad y a que a mayor tamaño mayor dificultad de nutrición.

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Estudios que datan de 1935, sugieren que el tumor parte de una sola célula. Se calcula que una célula tiene 10 micras de diámetro para llegar a un milímetro se necesitan 20 duplicaciones y tiene un millón de células. En esta fase el equilibrio entre el tumor y el huésped es inestable, pero solo con 5 duplicaciones mas serian 35 kg de tumor que es absolutamente incompatible con la vida. Pues bien mas de la mitad del tiempo de vida de un tumor es indetectable.

Estos hechos son claves a la hora de diseñar un diagnostico y una terapéutica.

d) APOPTOSIS

Se conoce que la supervivencia celular prolongada es en gran medida el resultado de la perdida en la célula transformada de la capacidad de llevar a cabo su programa de muerte celular fisiológica, lo que se conoce como apoptosis, pudiendo ser este el principal obstáculo para la eliminación de las células neoplásicas.

El termino apoptosis describe el descenso del numero de células de una población a través de un proceso de involución de las mismas. Durante la apoptosis, la cromatina se condensa y el DNA se corta mientras que el citoplasma se condensa, reduce su volumen y se fragmenta, dando lugar a los cuerpos de apoptosis. A diferencia de la necrosis convencional no desencadena una respuesta inflamatoria por lo que no deja huella en el tejido.

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Mediante este sistema se mantiene la homeostasis del organismo, contrarrestando los excesos de proliferación de un tejido y eliminando células con fenotipos alterados.Mecanismos que inducen a apoptosis:

1. Proliferación celular aumentada

4. Alteraciones del DNA (por ejemplo radioterapia o quimioterapia)

5. Diferenciación aberrante

6. Infecciones virales

7. Mensajes endocrinos y paracrinos. Así la acción de diversas proteínas como el factor de necrosis tumoral que interactúa con receptores de membrana y activan vías de transducción de señales que conducen a la muerte celular, o elementos no proteicos como los glucocorticoides que inducen este proceso en los timocitos.

8. células citotóxicas (como los LCT)

9. Perdida de la territorialidad de determinadas células, que conlleva su eliminación.

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4. DIFUSIÓN TUMORAL Y METASTASIS

Los tumores malignos se caracterizan por el crecimiento incontrolado y por su capacidad de difundir. La capacidad de difusión tumoral es tanto a nivel local como a distancia. Es indudable que los fracasos terapéuticos en el cáncer están condicionados por estas dos capacidades.

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Pese a ello, no se ha conocido bien, el mecanismo por el cual las células tumorales adquieren la capacidad de invadir localmente, superar barreras tisulares adyacentes al huésped, después invadir la pared vascular o linfática y una vez en la circulación, evadir las defensas del huésped, sobrevivir al trauma mecánico del flujo sanguíneo, detenerse en un territorio extraño y comenzar a invadir en sentido inverso, pared vascular, barreras tisulares... y comenzar a sobrevivir y reproducirse en un territorio diferente.

Las hipótesis formuladas al respecto han ido progresando desde un mecanismo pasivo, por pura presión de crecimiento, hasta el concepto actual de interacciones activas entre el huésped y el tumor.

A principios del siglo XX, se inicia la teoría del proceso pasivo. Se estipulo que la masa tumoral en expansión comprimía y pasivamente destruía los tejidos circulantes al tumor, como consecuencia de una comprensión vascular y anoxia resultante. Esta misma presión podría permitir que las células tumorales interrumpiesen a través de las paredes vasculares permitiendo la caída de células dentro del torrente sanguíneo.

Esta teoría no se pudo mantener mucho tiempo, ya que muchos tumores benignos alcanzan grandes presiones sobre estructuras vecinas y no infiltran ni se metastatizan,

A partir de aquí empiezan las teorías de un proceso activo

A la luz de los actuales conocimientos ultraestructurales y bioquímicos nos plantearemos lo que hoy se cree que sucede con las células tumorales para difundir.

El organismo de los mamíferos comprende toda una serie de compartimentos tisulares separados los unos de los otros por la matriz extracelular, compuesta de membrana basal y de estroma intersticial.

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Pues bien, las células tumorales interactúan con esa matriz siguiendo los siguientes pasos:

El epitelio normal y el mioepitelio descansan sobre la membrana basal, las células tumorales la atraviesan para acceder al estroma intersticial subyacente, semejante invasión se acompaña con la perdida de la membrana local y destrucción del estroma. Una vez en el estroma labran su camino hacia los vasos o hacia territorios vecinos.

5. INVASIÓN

Se ha propuesto una hipótesis trifásica para describir los fenómenos citomoleculares que tienen lugar durante la invasión de la matriz extracelular

El primer paso es la adhesión celular. En condiciones normales es un freno vital contra la inmigración de las células. Hay dos tipos de adhesión. La intracelular (célula – célula), una de las moléculas mas importantes es la E – cadherina. El bloqueo de la función de esta molécula puede transformar en invasoras las células no invasoras de un cultivo y a la inversa, la devolución de la molécula a las células cancerosas que carecen de la misma anula la potencia tumoral de dichas células cuando se inyectan a ratones. Por otro lado, la adhesión a la matriz extracelular les permite a las células normales sobrevivir y proliferar.

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Desde hace años se sabe que, en cultivo, las células no pueden multiplicarse hasta que se unen a la superficie, fenómeno que se conoce como dependencia del anclaje. Esta unión viene mediatizada por las integrinas, moléculas de la superficie celular que se une a la matriz extracelular, no se limitan a suspender la proliferación sino que se suicidan, las células para sobrevivir necesitan anclarse en un sitio concreto y usar la integrina adecuada. Pues bien, las células tumorales son capaces de vivir sin esa adhesión a sus células vecinas y adherirse a una matriz que no le corresponde o sobrevivir sin unirse a ninguna matriz.

En una segunda fase las células tumorales secretarían enzimas hidrolíticas, o inducirían su secreción en las células del huésped que pueden degradar la matriz. Tres de los cuatro grandes grupos de proteasas han sido relacionados con el proceso de invasión tumoral: serina, cisteinay metalo proteasas.

La lisis inducida por estas enzimas o sus sustratos ocurriría en una zona muy localizada y cercana a la superficie tumoral, donde la concentración de enzimas activas supera la acción de las proteínas inhibidoras presentes en el suero y en la propia matriz.

Quizás de las mas conocidas sea la catepsina B que es una cisteina proteibasa con actividad de endopeptidasa de amplio espectro. Hay cada vez mas datos de su papel en la invasión tumoral. Se ha detectado en diversos tumores y se ha correlacionado su actividad con la capacidad metastásica de tumores de ratón y de humanos.

El tercer paso seria la locomoción de la célula tumoral hacia la zona de la matriz modificada por la proteolisis. En este proceso podrían intervenir factores quimiotácticos derivados del huésped y factores de motilidad producidos por células tumorales. Entre los primeros se encuentran derivados del sistema de complemento, péptidos del colágeno y otros componentes del tejido conectivo. Sin embargo, parece que los factores de motilidad secretados por la misma célula tumoral son los fundamentales. Se suponía de su existencia, pero ha sido recientemente cuando se han encontrado. Así se conoce que en cultivos celulares de melanoma y de cáncer de mama se producía un material que estimulaba intensamente su propia motilidad. Se ha aislado una proteína de 55 kDa. Recientemente se ha descubierto otro factor de motilidad autocrino en líneas celulares de diversos tumores.

Partiendo de lo anteriormente expuesto el proceso activo de invasión se podría resumir:

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Las células tumorales tienen o adquieren una capacidad especial para adherirse a la membrana basal, merced a unos receptores específicos situados en la membrana. Son diferentes para cada estirpe celular.

Una vez adheridas degradan la membrana basal, ocurre localmente en las inmediaciones de las células que tienen o adquieren esa capacidad invasora, semejante degradación esta mediada por una cascada de enzimas proteolíticas.

La destrucción de la matriz sigue un proceso similar, que se puede considerar en ocasiones el mismo proceso en el que se ha podido observar que para desencadenar una cascada de enzimas proteolíticas, el sustrato lo puede proporcionar la célula tumoral, matriz o ambas.

Por otro lado, el tumor es capaz, cuando es muy diferenciado de fabricar su propia matriz, basada en un crecimiento anómalo del tejido conectivo, llamándose este fenómeno desmoplasia, que permite un mejor transito de las células tumorales

Factores quimiotácticos de diferente origen, favorecen el movimiento de las células en diferentes direcciones: hacia estructuras vecinas, linfáticas o vasos capilares.

Partiendo de estos conocimientos habría tres prototipos de diseminación:

DIRECTA

Cuando los tumores crecen o penetran en las cavidades corporales pueden liberar células o grupos celulares, que viajan por estas para terminar formando siembras en las superficies serosas de otros órganos. Los tumores pulmonares o mediastínicos que penetran en la pleura pueden dar lugar a metástasis apriétales o viscerales. Los canceres de ovario en peritoneo, los de estomago pueden anidar en los ovarios y asimismo los de sistema nervioso en leptomeninges.

Por otra parte pueden invadir territorios adyacentes por invasión directa, por ejemplo el cáncer de estomago, páncreas e hígado.

VIA LINFÁTICA

Clínicamente es frecuente afirmar que los carcinomas se diseminan por vía linfática y que los tumores mesenquimales lo hacen fundamentalmente por vía sanguínea. Sin embargo, existen numerosas conexiones entre ambos sistemas y experimentalmente se ha visto que pueden pasar de un territorio a otro

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Refiriéndose a la vía linfática, el proceso de infiltración y de expansión en los tejidos del huésped ocurre por la penetración en los pequeños vasos linfáticos. Se forman émbolos que entran en la circulación y pueden quedar detenidos en el primer nódulo linfático o bien superarlos, o bien por mecanismos pueden invadir linfáticos a distancia.

El problema fundamental es si los ganglio linfáticos reaccionan inmunológicamente frenando el avance del tumor o únicamente actúan como meros canales de transito.

Es un problema muy complejo, no totalmente aclarado, en el que se implica por un lado la capacidad inmunógena del tumor y por otro la capacidad de respuesta del sistema inmune.

VIA HEMATÓGENA

Las células malignas frecuentemente atraviesan las paredes de los capilares pero rara vez pueden atravesar las arterias o las arteriolas ricas en elastina. Esto no depende de resistencia mecánica a la invasión, si no que la elastina posee inhibidores de las proteasas tumorales.

Los tumores malignos no producen sus propios vasos sanguíneos, pero inducen el crecimiento de nuevos capilares - mediante la liberación de un factor angiogenético – que serian defectuosos y favorecerían el paso de células.

Una vez penetran en el torrente, pueden ser transportados por mecanismo pasivo o bien asentarse allí, crecer y después soltar émbolos. La presencia de células tumorales en el torrente sanguíneo no significan metástasis, la mayoría son eliminadas. En estudios de radiomarcadores celulares se ha intentado averiguar la dinámica y los mecanismos de destrucción de células tumorales. En experimentos con animales se ha podido comprobar que existe una fase inicial rápida de muerte celular intravascular, que se completa en menos de cinco minutos y afecta a un 85% de las células detenidas, seguida de una fase lenta que involucra a la mayoría de las restantes. Durante la fase inicial, la tensión mecánica la que son sometidas las células tumorales al entrar y recorrer la microcirculación, provoca la ruptura de la membrana y la muerte celular. Posteriormente, son las interacciones con el componente celular y humoral de los sistemas inflamatorios, inmunitarios y de la coagulación las que provocan la muerte celular en fase lenta. Como hemos dicho parte de la perdida celular se debe a la acción traumática de las turbulencias, pero las células se agregan formando trombos (agregación homoptica) o a otras células como plaquetas y linfocitos. Parece que a mayor agregación mas fácil metástasis ya que las centrales no se dañarían.

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Para su implantación a distancia, aunque no se sabe mucho, se cree que las células pueden adherirse al endotelio de vénulas o capilares induciendo rápidamente la retracción activa de las células endoteliales, a continuación se adhieren a la membrana basal y las células endoteliales se extienden sobre ellas, separándolas del torrente sanguíneo. Las células tumorales continúan en esa posición durante 8 a 24 horas, entonces se produce la destrucción local de la membrana basal, a la vez que se forman pseudopodos que atraviesan la membrana basal. Otras veces las células tumorales se detienen en un vaso sin dañarlo, permaneciendo en el 2 a 3 semanas proliferan dentro del vaso y sus colonias son cubiertas por endotelio sin membrana basal. Cuando la proliferación es muy intensa se daña la membrana basal y comienza la invasión.

6. ESCAPE DE LAS DEFENSAS DEL HUÉSPED

Las células tumorales deben de ser capaces de superar las defensas del huésped en cada una de las fases de cascada metastásica. Aunque se han detectado antígenos específicos tumorales en modelos animales, sabemos que en los tumores humanos la antigeneicidad es distinta dependiendo de cada tumor y de cada clona celular en algunas ocasiones. En términos generales los tumores inducidos por virus o sustancias químicas parecen mas inmunógenos que los que aparecen de forma espontánea en sujetos añosos.

Pese a ello es sabido que en la superficie de las células transformadas se expresan determinantes antigénicos nuevos que deberían permitir al sistema inmune reconocer dichas células y producir una respuesta frente a ellas. Sin embargo, la neoplasia puede escapar a este sistema de control mediante varios mecanismos que exponemos a continuación:

Generacion de T supresoras. El crecimiento tumoral va acompañado de la incapacidad de dichas células para segregar linfocinas solubles que activen otras células de defensa.

Liberación de sustancias inmunosupresoras por el tumor. En estadios mas avanzados, los tumores pueden producir sustancias con capacidad de inhibir respuestas inmunitarias de tipo humoral y celular se trata de metabolitos de ácido araquidónico, la PGE2 y otras sustancias.

Presentación inadecuada de Ag. Para el desarrollo de una respuesta celular eficaz frente al tumor, es fundamental que los antígenos tumorales sean procesados y presentados por los linfocitos T de manera adecuada por los macrófagos. De lo contrario se produce una estimulación y activación deficiente por los macrófagos de IL1 con el consiguiente déficit en cascada de producción de IL2, interferón...

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Los linfocitos citotóxicos solo reconocen ag asociados a moléculas de histocompatibilidad de tipo 1. en las células tumorales suele existir déficit de estas moléculas, de ahí la permisividad del crecimiento.

Por otra parte la heterogeneidad de las distintas poblaciones celulares tumorales con distintos patrones de ag hace difícil su reconocimiento y control

Velocidad de crecimiento. En ocasiones impide la correcta actuación del sistema inmune.

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