O documento discute como a radiobiologia clínica está evoluindo para um tratamento mais personalizado do câncer através do uso de terapias moleculares direcionadas, inibidores da angiogénese e dos proteosomas, imunoterapia, e imagiologia molecular para melhor caracterizar os tumores. Novas estratégias como drogas bioredutoras e simulações computacionais também estão sendo desenvolvidas para otimizar o tratamento com radiação.

1. Radiobiologia clínica Introdução ao futuro Rui P Rodrigues Unidade de Radioterapia Hospital CUF Descobertas http://rt.no.sapo.pt

2. DEFINIÇÃO Radiobiologia estudo dos efeitos da radiação em organismos vivos

3. Noções básicas Célula : Ø ~ 0.025 mm (1 mm = 40 células em fila) O núcleo ocupa 10 a 90% do volume celular

4. Noções básicas No núcleo o DNA está enrolado numa hélice dupla, 100 vezes menor que a célula RX: probabilidade baixa de afectar o DNA (ef.directo) Efeitos da radiação sobre o DNA predominantemente por acção de moléculas circundantes (ef.indirecto) H 2 O -> ionização -> reactividade

5. Noções básicas Uma partícula ionizada pode causar uma ou mais ionizações em cada molécula de DNA que atravessa O mecanismo major de lesão do DNA é a quebra das cadeias da dupla hélice A quebra de uma única cadeia (single strand break) é reparada eficazmente por mecanismos intracelulares A quebra de ambas as cadeias do DNA é menos eficaz levando com maior probabilidade à morte celular

6. RADIOBIOLOGIA CLÍNICA O objectivo da radioterapia é o controlo tumoral com dano mínimo nos tecidos normais A combinação de diferentes modalidades de tratamento melhora o índice terapêutico Diferentes perfis genéticos condicionam respostas diferentes ao tratamento

7. Resumo Novas estratégias no tratamento do cancro Impacto da imagiologia molecular na prática da radioterapia Modelos de simulação computorizada para optimização do tratamento

8. Léxico Terapêutica molecular dirigida (targeted therapy) Microclima tumoral Agentes bioredutores Ensaios clínicos Microarrajos de DNA (microarrays) Tecnologia proteómica Pesquisa de Alvos moleculares Definição de Perfis moleculares individualizados

9. Questões Diferentes cancros evoluem e respondem de forma diferente ao mesmo tratamento Tumores parentemente idênticos têm evoluções diferentes em hospedeiros diferentes Quais as moléculas envolvidas e suas funções ? Quais as sequências (cascatas) de sinalização intra- e inter- celular que regulam a sensibilidade dos tecidos ?

10. Soluções As técnicas de biologia molecular têm progredido rapidamente Projecto do Genoma Humano: mapeamento dos genes nas células humanas com impacto definitivo no tratamento do cancro

11. Revolução na radioterapia O tratamento personalizado do cancro pode ser conseguido explorando os novos conhecimentos Mecanismos de reparação do DNA Controlo do ciclo celular Transdução de sinais intracelulares Microclima tumoral Terapêutica molecular dirigida

12. TERAPÊUTICA MOLECULAR DIRIGIDA Uso de fármacos que actuam em processos específicos do crescimento e desenvolvimento do cancro: Inibidores dos receptores da tirosina-quinase Inibidores da angiogénese Inibidores dos proteosomas Imunoterapia

13. Inibidores dos receptores da tirosina-quinase O crescimento celular nos tecidos normais é controlado pelo equilíbrio entre factores promotores e inibidores do crescimento Quando este equilíbrio é perturbado as células podem crescer descontroladamente (cancro) Um dos factores chave do crescimento celular é a dupla: Factor de Crescimento Epidérmico [(EGF) epidermal growth factor] Receptor do EGF na membrana celular [(EGFR) EGF receptor

14. Inibidores dos receptores da tirosina-quinase Estas proteinas estão localizadas na membrana celular São constituidas por três porções ou domínios: Extracelular (domínio de ligação ou ligando) Intramembranar Intracelular (actividade tirosina quinase) A activação do EGFR -> cascata de sinalização intracelular: Inibição da apoptose Estimulação da proliferação celular Angiogénese Diferenciação celular Migração celular

15. Inibidores dos receptores da tirosina-quinase

16. Inibidores dos receptores da tirosina-quinase O status funcional do EGFR pode ser medido (imunohistoquímica) Tratamento dirigido ao EGFR: Anticorpos monoclonais dirigidos ao domínio externo do receptor (cetuximab, trastuzumab) Moléculas inibidoras da tirosina quinase (domínio interno) A actividade da EGFR-TK nos tumores pode comprometer os resultados do tratamento com radiações: Bloqueio do efeito citotóxico da radiação Aumento da repopulação tumoral

17. Inibidores dos receptores da tirosina-quinase Acredita-se que a exposição a radiações ionizantes activa o EGFR e como consequência activa a cadeia de sinalização intracelular envolvida na defesa celular contra a agressão. O tratamento simultâneo com um fármaco inibidor da tirosina quinase pode prevenir a activação do EGFR induzida pela radiação. Combinando o ZD1839 com radioterapia pode melhorar as respostas em tumores de pulmão não pequenas células, tumores de cabeça e pescoço e outros tumores sólidos

18. Inibidores da angiogénese Angiogénese : formação de novos vasos sanguíneos a partir de vasos pré-existentes Rara em adultos Ocorre durante a cicatrização de feridas, inflamação, ovulação, gravidez ou isquémia. Nos tumores assegura aporte de nutrientes e oxigénio e remoção de subprodutos do metabolismo É regulada por moléculas activadoras e inibidoras actuando sobre certos genes no tecido hospedeiro

19. Inibidores da angiogénese As células neoplásicas segregam para os tecidos circundantes moléculas estimuladoras de crescimento vascular: Factor de Crescimento do Endotélio Vascular [vascular endothelial growth factor (VEGF)] Factor de Básico de Crescimento dos Fibroblastos [basic fibroblast growth factor (bFGF)] A ligação do factor de crescimento a um receptor de parede activa a via de sinalização intracelular -> formação de células endoteliais As células endoteliais activadas produzem enzimas capazes de degradar a matriz extracelular dos tecidos circundantes. Isto permite às células endoteliais migrar, dividirem-se e organizarem-se para formar uma nova rede vascular.

20. Inibidores da angiogénese Inibir a angiogénese pode atrasar ou prevenir o crescimento das células tumorais As proteinas naturais que inibem a angiogénese: angiostatina / endostatina / trombospondina Mecanismo de acção dos inibidores da angiogénese: Inibição directa da função das células endoteliais promovendo a apoptose / destruição celular Bloqueio da cascata de sinalização da angiogénese interferência com os receptodes de membrana das células endoteliais inibição de produção de factores pró-angiogénicos Bloqueio da destruição da matriz extracelular por inibição da actividade das enzimas degradativas

21. Inibidores dos proteosomas Proteosoma = destruidor de proteinas Complexo enzimático celular responsável pela decomposição das proteinas (regulação funcional) As proteinas são destruidas quando já não são necessárias: Proteinas sinalizadoras Enzimas Proteinas estruturais O compromisso deste sistema pode transformar a célula

22. Inibidores dos proteosomas Os inibidores dos proteosomas provocam: Indução da apoptose Reversão da resistência a certas drogas Alteração do microclima celular, bloqueando Os circuitos das citoquinas A adesão celular A angiogenese Ensaios fase III de inibidores dos proteosomas – Bortezomib Resultados impressionantes no tratamento do mieloma múltiplo, em comparação com a dexametasona em altas doses. Efeitos adversos registados durante ensaios fase II (neuropatia periférica, acidentes vasculares cerebrais, dôr abdominal grau 3)

23. Imunoterapia Não interfere com os sinais activadores do crescimento Inicia um sinal imunitário -> reacções imunitárias anti-tumorais -> destruição das células tumorais Pode ser lançado um ataque duplo usando agentes radioimunoterapêuticos A droga imunoterápica é ligada a uma substância radioactiva resposta imunitária anti-tumoral reacção anti-tumoral da radiação depositada selectivamente

24. MICROCLIMA TUMORAL O microclima tumoral é a caracterização das condições metabólicas e fisiológicas no interior dos tumores sólidos Na maioria dos tumores existe: Concentração baixa de glucose Concentração elevada de ácido láctico pH extracelular baixo (acidose) Tensão de oxigénio baixa

25. Hipóxia tumoral Factores que causam hipóxia tumoral (tensão O2 < 2.5 mm Hg) Estrutura e função anormal da microvascularização tumoral Aumento das distâncias de difusão entre os vasos e as células tumorais Redução da capacidade de transporte de oxigénio do sangue Consequências da hipóxia: Redução da formação de radicais livres (mecanismo directo) Alterações na expressão dos genes Instabilidade genética (indução de resistência ao tratamento e desenvolvimento de fenotipos mais agressivos)

26. Hipóxia tumoral Estratégias para contornar a hipóxia: Aumentar a distribuição de oxigénio ou drogas oxigeno-miméticas Oxigénio hiperbárico (baixa eficácia) Radiossensibilizantes com afinidade electrónica elevada (limitado) Nitroimidazois (apenas alguns – nimorazole - provaram um efeito significativo em radioterapia de cancros supraglóticos, da laringe e da faringe) Explorar as condições locais com terapêutica dirigida (targeted therapy) Drogas bioreductoras (activação intratumoral) Pró-drogas : e xploram a capacidade dos tumores sólidos terem um metabolismo redutor que activa a forma citotóxica do fármaco através de genes-suicidas hipoxia-dependentes

27. Hipóxia tumoral O metabolismo bioredutor apenas ocorre na ausência de oxigénio A activação de pró-drogas está facilitada na maioria dos tumores com células hipóxicas. Compostos em desenvolvimento: Mitomicina C Tirapazamine (quebra da cadeia do DNA) Ensaios fase II/III: combinada com cisplatina em tumores de pulmão, mama, C&P e melanoma Ensaios fase II: combinada com radioterapia em tumores de C&P, colo uterino, glioblastoma

28. IMAGIOLOGIA MOLECULAR Aplicações básicas (sondas moleculares) : Diagnóstico : localização / distribuição das moléculas alvo Tratamento : adicionando um agente terapêutico à sonda molecular A aplicação prática destas tecnologias permitiu desenvolver métodos de visualização tumoral para além da morfologia: PET (positron emission tomography) SPECT (single-photon emission computed tomography) MRS (magnetic resonance spectroscopy) Permite ‘ver’ os sistemas biológicos funcionais intratumorais dando informação sobre Metabolismo / Fisiologia / Biologia molecular Complementa a informação anatómica convencional (TAC, RMN)

29. P E T – F D G O marcador mais popular em PET é o FDG (18-fluor fluorodeoxyglucose) Análogo da glicose transportado para dentro da célula pelo gluc-1 O gluc-1 tem uma expressão aumentada nos tumores malignos A PET-FDG tem um impacto significativo na determinação do GTV e PTV em tumores de pulmão: Detecção de envolvimento ganglionar Diferenciação entre tecido maligno e atelectasia Detecção de tumor viável após tratamento

30. P E T – C T

31. IMAGIOLOGIA MOLECULAR A imagiologia de áreas tumorais hipóxicas , com proliferação activa , angiogénese , apoptose ou expressão genética alterada leva à identificação de heterogeneidades tumorais que poderão ser tratadas de uma forma individualizada usando radioterapia de intensidade modulada.

32. SIMULAÇÃO DA RESPOSTA TUMORAL À RADIOTERAPIA Modelos para caracterização do crescimento tumoral e resposta à radioterapia que permitam optimizar o tratamento, baseados em: Imagiologia tumoral Dados histopatológicos e genéticos do doente Macanismos biológicos fundamentais (cinética tumoral, modelo linear-quadrático) Testes de validação clínica foram animadores (GBM) A adaptação deste modelo a dados clínicos reais irá melhorar a sua fiabilidade , que irá depender dos dados fornecidos: Informação biológica do doente Perfis genéticos Qualidade dos sistemas de imagiologia (molecular)

33. SIMULAÇÃO DA RESPOSTA TUMORAL À RADIOTERAPIA ESTRO - Projecto GENEPI genetic pathways for the prediction of the effects of irradiation Banco de tecidos Dados clínicos detalhados após radioterapia (resposta tumoral; reacções nos tecidos sãos) Dados dosimétricos e de follow-up

34. CONCLUSÕES A biologia molecular é a chave para o diagnóstico e tratamento dirigido e individualizado do cancro. O futuro da radioterapia reside na exploração dos conhecimentos de genética e do microclima tumoral . Usando estudos de proteómica e a bioinformática poderão ser encontrados os alvos moleculares ideais. Modelos informáticos dependem da caracterização dos perfis moleculares predictivos da resposta dos tecidos às radiações.