Biología molecular

Presentación y objetivos

Presentación

Los extraordinarios avances conseguidos durante los últimos años en el campo de la biología celular y molecular del cáncer han permitido empezar a identificar mecanismos genéticos responsables de que una célula normal adquiera el fenotipo maligno. Estos avances han abierto las puertas al desarrollo de nuevos biomarcadores predictivos y pronósticos, así como a la terapia molecular del cáncer.

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Objetivos

Entender el cáncer como una enfermedad de los genes y aprender los fundamentos de cada una de las características que requiere la formación de un tumor avanzado, potencialmente letal. Estas características adquiridas son:

1. Proliferación celular autónoma.

2. Insensibilidad a señales antiproliferativas.

3. Evasión de apoptosis (muerte celular programada).

4. Inducción de angiogénesis.

5. Capacidad de división indefinida (inmortalidad replicativa).

6. Capacidad de invasión y metástasis.

Cada una de estas características está regulada por una serie de moléculas específicas y, por lo tanto, son susceptibles de ser diana de terapias biológicas.

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Introducción a las bases moleculares del cáncer

El cáncer como enfermedad genética

El desarrollo de un cáncer es el resultado de una serie de anomalías genéticas que dotan a las células del fenotipo maligno.

Excepto en los casos de cánceres hereditarios, las mutaciones ocurren en células somáticas. Los fundamentos de este concepto provienen del descubrimiento de mutaciones que producen oncogenes con ganancia de función y de genes supresores de tumor con pérdida de función recesiva.

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> Cáncer como enfermedad genética

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Por ello, es fundamental entender los conceptos básicos de los tipos de genes principales implicados en cáncer:

Proto-oncogen

Es un gen normal.

Normalmente implicado en la regulación de la proliferación.

Puede convertirse en oncogen promotor de cáncer mediante mutación.

Oncogen

Gen alterado, cuyo producto puede actuar de manera dominante para ayudar a que una célula se transforme en maligna.

Típicamente, un oncogen es una forma mutada de un gen normal (proto-oncogen) implicado en el control del crecimiento o división celular.

Los productos de los oncogenes incluyen:

Factores de transcripción.

Remodeladores de cromatina.

Factores de crecimiento.

Receptores de factores de crecimiento.

Moléculas transductoras de señales reguladoras de apoptosis.

Gen supresor de tumor

Gen que evita la formación de un cáncer.

Las mutaciones que resultan de la pérdida de función de tales genes aumentan la susceptibilidad al cáncer.

Los genes supresores de tumor con frecuencia son “guardianes del genoma”.

Están involucrados en el mantenimiento de la integridad genómica (reparación de ADN, segregación cromosómica, etc.) y en el control del ciclo celular.

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Hay tres mecanismos fundamentales por los que un proto-oncogen puede sufrir una mutación y convertirse en un oncogen:

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> Mecanismos de mutación

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> Ejemplos con aplicación clínica

1. Mutaciones puntuales

Ejemplo: mutaciones de EGFR en cáncer de pulmón.

2. Amplificación

Ejemplo: amplificación de HER2 en cáncer de mama.

3. Reordenamiento cromosómico

Ejemplo: reordenamiento del cromosoma 9 y 22 en la leucemia mieloide crónica (cromosoma Philadelphia). En este caso, la consecuencia es la fusión del proto-oncogen ABL con el gen BCR, que resulta en una proteína ABL:BCR con alta actividad tirosina cinasa.

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El fenotipo mutador

La necesidad de que se acumulen varias mutaciones en genes específicos para el desarrollo del cáncer, combinado con una alta tasa de fidelidad de la integridad genómica, hace improbable la génesis tumoral.

La primera anomalía génica en un tumor suele ser la mutación en un gen supresor de tumor.

La mutación en genes supresores de tumor tiene como consecuencia la adquisición de un “fenotipo mutador”, que conlleva una mayor tasa de mutación y con ello la adquisición del repertorio de mutaciones necesario para desencadenar un cáncer.

Los genes supresores de tumor: estos genes suelen requerir la pérdida de los dos alelos para que haya pérdida de función del gen. De ahí se deriva la hipótesis de Knudson, en la que son necesarios dos golpes (hits) para que se pierda la función de los genes supresores de tumores.

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> Ejemplos: > El gen Rb.

En algunos de estos ejemplos, la pérdida de un alelo en la línea germinal aumenta la predisposición al desarrollo de determinados tipos de cáncer. Una segunda mutación somática desencadena definitivamente el proceso neoplásico.

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> Hipótesis de Knudson

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Otras vías de regulación génica

En realidad, sólo un 1,5% del genoma son genes verdaderos, ya que un 2% adicional codifica información que regula la expresión génica o tiene otras funciones aún poco conocidas. El resto de DNA (>96%) se suele denominar junk DNA, y su función es desconocida.

Las mutaciones en el junk DNA, a diferencia de las mutaciones en ADN codificante, no tienen un efecto fenotípico y se denominan neutrales.

Las mutaciones en los genes permiten adquirir el fenotipo tumoral.

Cada vez es más claro el papel de los mecanismos de regulación de la expresión génica con implicaciones clave en el desarrollo tumoral y que son distintos a las mutaciones. Estos mecanismos incluyen la regulación epigenética (p. ej. metilación génica) o la expresión de microRNA (secuencias cortas de ARN no codificadoras de proteína que regulan la expresión de ARNm), que con frecuencia están alterados en el cáncer.

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Los microRNA pueden:

Los genes de los microRNA pueden estar infra o supraregulados en las células malignas y pueden comportarse como oncogenes o como genes supresores de tumor, respectivamente.

Unirse a una secuencia de ARNm complementaria.

Bloquear la traducción de la proteína o causar la degradación del ARNm.

Las consecuencias funcionales de estas alteraciones son importantes y su caracterización nos ayuda también a identificar nuevas vías oncogénicas, identificar nuevos biomarcadores y estrategias terapéuticas. Además, disponiendo de las nuevas tecnologías de secuenciación masiva del ADN y ARN, podremos comprender con mayor profundidad y precisión, en un futuro no muy lejano, la complicada red de alteraciones moleculares responsables del cáncer. Estos avances probablemente llevarán a una redefinición de la clasificación y el tratamiento del cáncer.

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Una de las claves para comprender el origen del cáncer, su comportamiento y su respuesta terapéutica es conocer mejor la célula iniciadora del tumor o célula cancerosa stem-like.

La célula original iniciadora de tumor (stem-like)

La existencia de un subgrupo de células stem-like dentro de los tumores fue descrita inicialmente en neoplasias hematológicas, pero en los últimos años han aparecido evidencias de su existencia en diversas neoplasias sólidas.

Las células malignas stem-like:

Son una población minoritaria en los tumores.

Se considera que en general son más quimioresistentes que su progenie.

Tienen una alta capacidad tumorigénica.

Pueden repoblar tumores en los que la progenie quimiosensible ha sido eliminada.

Stem-like cancer cell

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Se están caracterizando las vías moleculares clave propias de estas poblaciones de células progenitoras stem-like y muchas de ellas son dianas terapéuticas validadas o novedosas (p. ej. Notch).

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Hay una red compleja de interacciones entre las células malignas genéticamente alteradas y las células vecinas que son pervertidas para colaborar en el desarrollo maligno. De hecho, la mayoría de tumores surgen en tejidos con lesiones o inflamación crónica, en los que la alteración del terreno favorece la transformación maligna.

El cáncer como enfermedad tisular e importancia del microambiente

Muchos de los conceptos que se explican en secciones posteriores se refieren de manera preferente a cambios moleculares de la célula cancerosa. Sin embargo, esta visión hoy en día se considera simplista, dado que la influencia del microambiente y de todos los tipos de células que componen un tejido (p. ej., fibroblastos, sistema inmune, macrófagos, endotelio, etc.) en la generación y progresión del cáncer es cada vez mejor comprendida.

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> El cáncer como una enfermedad del tejido

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Se observan una sucesión de cambios genéticos y cada uno de ellos proporciona, de una manera u otra, una ventaja de crecimiento, que resulta en la conversión progresiva de células normales en malignas.

Acumulación de mutaciones, expansión clonal y adquisición del fenotipo maligno

Una vez que ocurren las primeras mutaciones, se facilita el desarrollo de mutaciones adicionales que van a posibilitar el desarrollo pleno del cáncer.

La transformación maligna es un proceso de múltiples pasos que requiere una sucesión de mutaciones, consistente en un proceso análogo a la evolución darwiniana.

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> Selección Darwiniana

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Esta clasificación ha sido de tremenda utilidad para sistematizar y comprender mejor la biología del cáncer. Cada una de estas alteraciones adquiridas se revisa en las siguientes secciones de este módulo.

En el año 2000, Hanahan y Weinberg sugirieron que la inmensa mayoría de tumores, independientemente de las peculiaridades genéticas de cada tumor, resultan en la adquisición de seis alteraciones fenotípicas de la fisiología celular que de manera colectiva dictan el crecimiento maligno.

Alteraciones fenotípicas:

1. Independencia de señales de crecimiento.

2. Pérdida de supresión de tumor.

3. Invasión y Metástasis.

4. Inmortalización.

5. Angiogenesis.

6. Evasión de apoptosis.

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Autosuficiencia en señales de crecimiento

Introducción

La transición de un estado de quiescencia a un estado de proliferación requiere la presencia de señales de crecimiento mitogénicas.

En células normales, las señales de crecimiento mitogénicas se transmiten a la célula mediante receptores transmembrana a los que se unen:

Factores de crecimiento (ligandos).

Componentes de la matriz extracelular.

Moléculas de adhesión célula-célula.

Tras este paso, se desencadena la cascada de transducción de señales hacia el interior de la célula y, con ello, una serie de cambios a nivel de función celular de manera directa o mediante regulación génica.

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Muchos de los genes que regulan la síntesis de proteínas de las vías de transducción de señales son proto-oncogenes. Cuando estos genes sufren mutaciones que resultan en su activación anómala, se convierten en oncogenes y las proteínas resultantes generan sus propias señales de crecimiento de manera autónoma. De esta forma, se elimina la dependencia de las señales de crecimiento exógenas que, en condiciones normales, aseguran la homeostasis tisular.

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> Activación del EGFR y de sus vías de transducción de señal

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La autonomía en señales de crecimiento fue la primera de las seis capacidades identificadas, dado que los oncogenes que median esta capacidad actúan de manera dominante.

Las tres estrategias moleculares que permiten esta autonomía son:

1. Crecimiento autocrino.

2. Sobreactivación de los receptores de factores de crecimiento.

3. Alteraciones en el circuito de señalización intracelular.

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> 1. Crecimiento autocrino

Consiste en la adquisición de la capacidad de sintetizar factores de crecimiento por la propia célula tumoral (que resulta en estimulación autocrina), lo que elimina la dependencia de señales exógenas procedentes de otras células.

Algunos ejemplos son la producción de TGFa por ciertos tumores que es capaz de activar su receptor, el EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor).

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> Activación del EGFR y de sus vías de transducción de señal

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> 2. Sobreactivación de los receptores de factores de crecimiento (1)

Los receptores de superficie celular con frecuencia están sobreexpresados o tienen mutaciones que resultan en una mayor actividad constitutiva, que causa una señalización mitogénica continua. Esta hiperactivación puede ser independiente de los ligandos o puede estar relacionada con la generación de hipersensibilidad frente a cantidades normales de factores de crecimiento.

Un ejemplo representativo, con impacto clínico en varios tipos de tumores (mama, pulmón, estómago o colon), es la familia de receptores de membrana HER (HER1, EGFR, HER2, HER3 o HER4) que está relacionada con procesos de división celular, supervivencia, angiogénesis, movilidad y adhesión celular. Estos receptores, al igual que los receptores de muchas otras familias, están localizados en la membrana plasmática y tienen un dominio extracelular de unión al ligando, un segmento lipofílico transmembrana y un dominio intracelular con actividad tirosina cinasa (TK).

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> Estructura de los receptores de membrana

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> 2. Sobreactivación de los receptores de factores de crecimiento (2)

Los receptores de la familia HER se activan por dimerización, que puede ser entre dos receptores idénticos (homodimerización) o entre diferentes miembros de la misma familia (heterodimerización).

Los mecanismos que provocan la dimerización son:

La unión del ligando (factor de crecimiento, por ejemplo, unión de TGFa al EGFR).

La sobreexpresión del receptor (típico, por ejemplo, de HER2, que se activa por sobreexpresión y en cambio no tiene ligando conocido).

La transactivación por un receptor homólogo (heterodimerización; por ejemplo, dímeros EGFR/HER2, o HER2/HER3).

Una forma adicional de activación de los receptores es mediante la generación de formas truncadas que pierden el dominio extracelular, pero mantienen el dominio tirosina cinasa. Estas formas alternativas de los receptores pueden ser terapéuticamente relevantes, tal y como se verá en el Módulo de Terapia Biológica del Cáncer.

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> 2. Sobreactivación de los receptores de factores de crecimiento (3)

La mayoría de los miembros de la familia de receptores HER se comportan como oncogenes cuando están sobreexpresados o mutados y se convierten en responsables del crecimiento y supervivencia de las células tumorales. Lo mismo sucede con otros receptores, por ejemplo: c-Kit, PDGFR, Met. IGFR, Ret.

La activación del dominio intracelular tirosina cinasa receptor es el suceso clave que resulta en la autofosforilación y transfosforilación del receptor e inicia la cascada de señales de transducción intracelulares, tales como Ras/Raf/MAPK o PI3K/Akt, que regulan la proliferación, la diferenciación, la supervivencia celular y la angiogénesis.

Estas cascadas de transducción de señales están típicamente reguladas por fosforilación (mediada por cinasas) y defosforilación (mediada por fosfatasas). Como norma (con excepciones como, por ejemplo, en pRb), la fosforilación de una proteína conlleva su activación y su defosforilación conlleva su desactivación.

Otro tipo de receptores que pueden mediar autonomía de crecimiento son los receptores de la matriz extracelular (integrinas). Algunos tumores modifican la expresión de estos receptores a favor de aquellos que transmiten señales de crecimiento al unirse con la matriz extracelular.

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> 3. Alteraciones en el circuito de señalización intracelular

La activación anómala y persistente de las moléculas que trasmiten la señal desde el receptor hasta el interior de la célula puede otorgar a la célula una capacidad de crecimiento independiente de la necesidad de estimulación por parte de los reguladores upstream.

Un ejemplo notable de estas vías de señalización es la cascada SOS-Ras-Raf-MAPK.

Muchos tumores tienen mutaciones de Ras que confieren a la célula un crecimiento independiente de los receptores de la vía. Una consecuencia clínicamente relevante de ello es la resistencia a la terapia anti-EGFR (cetuximab, panitunumab) en tumores con mutaciones de K-Ras. La complejidad de estos circuitos es muy alta y hay relaciones cruzadas entre distintas vías de transducción y fenómenos de redundancia.

Un ejemplo es la existencia de interacciones directas entre la proteína Ras y la proteína PI3 cinasa (PI3K). PI3K es un mediador clave de una vía de supervivencia celular (PI3K-Akt-mTOR). Esta conexión permite acoplar señales de proliferación con señales de supervivencia.

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> Activación del EGFR y de sus vías de transducción de señal

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Insensibilidad a señales antiproliferativas

Introducción

Las señales antiproliferativas pueden bloquear la proliferación de células normales por dos mecanismos:

Quiescencia Las señales pueden forzar a la células a salir del ciclo proliferativo y entrar en una fase de quiescencia (G0), que puede ser reversible en un futuro.

Diferenciación Las señales pueden inducir una diferenciación terminal, posmitótica e irreversible de las células.

Los componentes de las vías de las señales antiproliferativas y prodiferenciadoras aún no están completamente caracterizados, pero está bien definido que el desarrollo del cáncer requiere que estos componentes se inactiven o bypassen.

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La mayor parte de circuito que se observa en la siguiente imagen se relaciona con el ciclo celular, y de manera particular con el tránsito de la fase G1.

Explicación del circuito “La inhibición de la progresión del ciclo celular por Rb y p16”

En la fase G1, las células normales responden a señales externas y deciden si deben proliferar, entrar en un estado de quiescencia o entrar en un estado posmitótico. Una molécula clave en esta decisión es la proteína del retinoblastoma (pRb).

Cuando está hipofosforilada, la pRb bloquea la proliferación mediante el secuestro y alteración funcional de los factores de transcripción E2F.

Los factores de transcripción E2F controlan la expresión de los genes que son esenciales para la progresión de la fase G1 a la fase S.

Cuando se altera la vía de pRb, se liberan los factores E2Fs y se permite la proliferación celular, lo que deja a las células insensibles a las señales antiproliferativas que normalmente bloquean la transición a la fase S. Las mutaciones de p16 tendrían un efecto similar.

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> Control del ciclo celular por pRb y p16

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Moléculas clave

Una de las moléculas mejor conocidas como factor antiproliferativo soluble es TGFβ, la cual evita la fosforilación de pRb (en este caso particular, la fosforilación conlleva la inactivación de pRb) y, con ello, el avance de la fase G1. Además de este efecto, TGFβ puede regular otras moléculas, cuyo efecto final es antiproliferativo.

La pérdida de expresión o función de receptores de TGFβ o mutaciones que eliminan la expresión de moléculas que transducen la señal de TGFβ (Smads) van a permitir la fosforilación de pRb, con lo que las células podrán proliferar sin restricción.

Destacar que TGFβ parece tener un papel dual, paradójico, en cáncer (al igual que algunas otras moléculas), actuando como supresor de crecimiento en fases iniciales del cáncer, tal y como se describe en esta sección, y, en cambio, como agente pro-tumoral en fases avanzadas (podrás ver ejemplos en el tema siete de este módulo, cuando se explica el papel proinvasivo de TGFβ en la transición epitelio-mesénquima). La función de pRb puede eliminarse mediante su secuestro por proteínas oncovirales, tales como la oncoproteína E7 del papilomavirus humano.

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El otro mecanismo antiproliferativo que las células cancerosas deben superar es el escape de los programas de diferenciación terminal, que conlleva un estado posmitótico e irreversible.

En este sentido, Myc es un factor de transcripción que cuando se hiperactiva en cáncer puede limitar la diferenciación y promover el crecimiento.

Ocurre durante la carcinogénesis colónica, en la que la inactivación de la vía APC/β-catenina sirve para evitar que los enterocitos se diferencien en las criptas colónicas.

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Evasión de apoptosis

Evasión de apoptosis

Nuestras células están dotadas de manera latente del programa apoptótico.

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Cuando se activa el programa apoptótico, en un plazo de entre 30 y 120 minutos, sucede lo siguiente:

1. La célula se encoge.

2. Se rompe la membrana plasmática.

3. La cromatina se condensa.

4. El ADN se fragmenta.

Tras este proceso, los restos celulares son engullidos por células vecinas y desaparecen, típicamente en 24 horas. Por otro lado, el crecimiento tumoral depende del balance entre la tasa de proliferación celular y la tasa de mortalidad. Dado que la apoptosis es una de las fuentes principales de muerte celular, los tumores desarrollan mecanismos de evasión de la apoptosis para poder crecer, incluso en cánceres con bajas tasas de proliferación.

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> Concepto de apoptosis

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Programas de apoptosis

Sensores de apoptosis

Son responsables de detectar las condiciones intracelulares y extracelulares de normalidad o anormalidad que influyen en la decisión de si una célula debe vivir o morir.

En función de los sensores, hay dos grandes grupos de programas de apoptosis llamados intrínseco y extrínseco.

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> Vías de apoptosis

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Programa de apoptosis intrínseco

Este programa, también denominado programa activado por el estrés, se activa por medio de sensores intracelulares. Estos sensores monitorizan el bienestar de la célula y activan la vía de muerte en respuesta a anomalías como daños en el ADN, señales oncogénicas excesivas, deficiencia de factores de crecimiento o hipoxia. La activación de esta vía provoca modificaciones en las proteínas de la familia Bcl-2 que convergen en cambios en la mitocondria y en las caspasas.

Programa de apoptosis extrínseco o alternativo

Este programa se activa por receptores de membrana a los que se unen factores de supervivencia o de muerte celular. Los ligandos de receptores de muerte celular son proteínas de la familia del factor de necrosis tumoral, que incluye TNFa, ligando de Fas o TRAIL. La unión del ligando FAS a su receptor (FAS), o por la unión de TNFa a su receptor TNF-R1, activa el programa apoptótico. La activación de los receptores de muerte celular activa las caspasas. Por el contrario, hay receptores que median supervivencia celular. Algunos ejemplos son las señales de supervivencia de IGF-1/IGF-2 a través de IGF-1R, y de la IL-3 y su receptor IL-3R.

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Influencia del entorno

La viabilidad celular también está regulada por señales de supervivencia procedentes de su relación con la matriz extracelular o en la adherencia célula-célula. Es una manera de asegurar las configuraciones arquitectónicas y de composición celular apropiadas de cada tejido. La pérdida de estas señales también causa apoptosis. Los mecanismos de evasión de apoptosis de los tumores permiten a sus células el crecimiento sin necesidad de adhesión a otras células o al medio, siendo esta una de las características típicas de las neoplasias.

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Efectores de la apoptosis

La mitocondria y el citocromo C

La mayoría de las señales que desencadenan la apoptosis convergen en la mitocondria, que responde a las señales proapoptóticas mediante la apertura de un canal en la membrana externa, y en la liberación de citocromo C, que es un potente catalizador de la apoptosis y otros factores proapoptóticos.

La decisión de apertura del canal mitocondrial depende del balance entre las proteínas de la familia Bcl-2. Los miembros de esta familia pueden tener funciones proapoptóticas (Bax, Bak, Bid, Bim) o antiapoptóticas (Bcl-2, Bcl-XL, Bcl-W) y actúan, en parte, al gobernar la señalización de muerte mitocondrial mediada por la liberación de citocromo C. La proteína p53 puede desencadenar apoptosis al aumentar la expresión de la proteína proapoptótica Bax en respuesta a daños en el ADN y, a su vez, Bax estimula la liberación de citocromo C.

Las caspasas

Los efectores últimos de apoptosis incluyen un amplio número de proteasas intracelulares llamadas caspasas. Las caspasas -8 y-9 son las “guardianas” y se activan por vía de receptores de muerte tales como FAS o por medio del citocromo C, respectivamente. Estas caspasas proximales causan la activación de numerosas caspasas efectoras que ejecutan el programa de muerte celular programada.

Familia de proteínas inhibidoras de apoptosis (IAP)

Existe también una familia de proteínas que inhiben la apoptosis, fundamentalmente mediante la inhibición de caspasas. No todas las caspasas son susceptibles de inhibición por las IAP.

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Mecanismos de evasión de apoptosis en cáncer humano

Los cánceres desarrollan diversas estrategias para evadir la apoptosis. Los mecanismos fundamentales para desactivar la apoptosis incluyen la pérdida de función del supresor de tumor p53 y la ganancia de función de inhibidores de apoptosis (Bcl-2). Cuando hay daño de DNA, p53 puede parar el ciclo y permitir que se repare el ADN, o, si el daño es irreparable, causar apoptosis. El p53 es capaz de activar la apoptosis por distintas vías. p53 es capaz de activar la apoptosis por distintas vías.

Las mutaciones de p53 con frecuencia resultan en la expresión de una proteína anómala capaz de interferir con la función de p53 nativo. Estas mutaciones suelen conllevar una mayor estabilidad de p53 y de ahí que, cuando se estudia la expresión de la proteína, su detección habitualmente refleja que está mutada.

El mecanismo más frecuente de evasión de apoptosis es la inactivación funcional de p53, que ocurre en más del 50% de cánceres. p53 puede detectar daños del ADN, hipoxia, sobreactivación de oncogenes u otras anomalías. En esta situación, p53 puede causar una parada del ciclo celular que permite la reparación de algunas lesiones, o, si las lesiones son irreparables, puede desencadenar el programa apoptótico.

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> Papel de p53 en el control de la apoptosis causada por daño en el ADN

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La pérdida funcional de la proteína p53, en consecuencia, resulta en la eliminación de un sensor clave del daño del ADN (u otras anomalías) y la célula puede seguir proliferando en presencia de estas anomalías, perpetuando e incrementando las lesiones génicas.

Una vía de señalización intracelular que juega un papel importante en la supervivencia celular es la vía PI3K/AKT/mTOR. Esta vía transmite señales de supervivencia antiapoptóticas y puede mitigar la apoptosis en una fracción importante de tumores.

Esta vía puede ser activada por:

Factores extracelulares como IGF-1/2 o IL-3.

Señales intracelulares procedentes de Ras.

Pérdida del supresor de tumor PTEN, que en condiciones normales atenúa las señales de AKT.

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Otro mecanismo de evasión de apoptosis es la sobreexpresión de un receptor de FAS que no es funcional y que compite por FAS con el receptor de muerte FAS.

Otro grupo de proteínas clave en el balance entre proliferación son las MAPKs. La familia de MAPKs consta de tres grandes grupos:

Las ERK: suelen relacionarse con proliferación.

Las JNK y p38: se asocian a mayor apoptosis tumoral.

Por tanto, la pérdida o inactivación de JNK o p38 en los tumores puede tener un efecto antiapoptótico y mediar quimioresistencia.

Autofagia

Cada vez hay más evidencias de una nueva forma de muerte celular programada: la autofagia. Este segundo programa de muerte se activa cuando las células sufren una falta de nutrientes y, en respuesta, digieren sus propios organelos intracelulares y los reciclan para ayudar a su propia supervivencia. La autofagia podría jugar un papel importante en la eliminación de células tumorales, por lo que es un campo en estudio.

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Angiogénesis mantenida

Las células de un tejido están obligadas a residir a una distancia máxima de 100-300 µm de un vaso sanguíneo capilar para recibir oxígeno y nutrientes. Las células de lesiones proliferativas inicialmente carecen de capacidad para inducir la angiogénesis, pero, para crecer más allá de determinado tamaño, deben desarrollar capacidad angiogénica. La angiogénesis está regulada por señales positivas y negativas y el balance entre ambas es lo que dicta o bloquea la angiogénesis.

> Reguladores de la angiogénesis Se conocen más de dos docenas de factores inductores de angiogénesis y de un número similar de inhibidores endógenos.

Entre ellos, las principales señales que inician la angiogénesis son:

El factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF).

El factor de crecimiento fibrobástico acídico y básico (FGF1/2).

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> Receptores de VEGF

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Estos factores se unen a receptores tirosina cinasa transmembrana que expresan las células endoteliales. Por otro lado, un inhibidor prototípico de la angiogénesis es la trombospondina-1 que se une a CD36, receptor transmembrana de las células endoteliales que se acopla a tirosina cinasas intracelulares Src-like. La señalización por integrinas también contribuye al balance. Los vasos quiescentes expresan una clase de integrinas, mientras que los capilares nacientes expresan otra clase.

De los distintos reguladores de la angiogénesis conocidos, el que ha tenido hasta ahora un mayor impacto en la clínica es el sistema del VEGF. El desarrollo de anticuerpos capaces de unirse al ligando VEGF y, con ello, evitar la activación de receptores de angiogénesis (VEGFR) permitió demostrar que su administración en modelos animales era capaz de inhibir el crecimiento tumoral.

La familia de genes del VEGF consta de seis factores de crecimiento angiogénicos y linfangiogénicos:

VEGF-A: normalmente se denomina simplemente VEGF y fue identificado originalmente como un factor de permeabilidad vascular secretado por células tumorales. Este factor es clave en la angiogénesis embrionaria, postnatal y tumoral.

VEGF-B y PlGF: parecen tener papeles redundantes, pero podrían ser importantes en algunos estados patológicos.

VEGF-C y VEGF-D: juegan papeles importantes en la linfangiogénesis normal y podrían ser importantes en la angiogénesis tumoral, si bien es un aspecto en estudio.

VEGF-E: parece importante en la activación del receptor KDR.

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Receptores de VEGF

Los ligandos VEGF ejercen su efecto angiogénico a través de diversos receptores de membrana. Dos de ellos se identificaron en células endoteliales: VEGFR-1 y VEGFR-2 (llamado también KDR). Posteriormente se vio que se expresan también en algunos linajes hematopoyéticos. Un tercer receptor, VEGFR-3, se asocia sobre todo a la linfangiogénesis.

> La activación de los receptores desencadena:

Señales de supervivencia.

Mitogénesis.

Migración y diferenciación de las células endoteliales.

Permeabilidad vascular.

Movilización de células endoteliales progenitoras de la medula ósea a la circulación.

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Interruptor angiogénico tumoral

La capacidad de los tumores para inducir y mantener la angiogénesis parece adquirirse en momentos o pasos concretos durante el desarrollo tumoral.

En modelos animales se demostró que la angiogénesis se activa en lesiones tumorales en estados intermedios de desarrollo, justo antes de la aparición manifiesta de la enfermedad tumoral.

Estas observaciones constataron que la angiogénesis es un requisito previo para la expansión clonal asociada a la formación de tumores macroscópicos.

Recientemente, se ha descrito también que, para la transición del estado de tumor dormancy de la enfermedad micrometastásica a un estado de crecimiento tumoral metastático (ver tema "Invasión tisular y metástasis"), es clave el papel del switch angiogénico, así como de la expresión de oncogenes.

Interruptor angiogénico (angiogenic switch)

Es la transición a un estado angiogénico a partir de un estado de quiescencia vascular.

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Los tumores parecen activar el switch angiogénico mediante la alteración del balance de sustancias proangiogénicas y antiangiogénicas.

La estrategia mejor caracterizada es el aumento de la expresión de VEGF (y/o FGF) por parte de las células tumorales en comparación con las células normales.

En la tabla anterior se esquematizan los mecanismos por los que las células malignas pueden inducir la expresión de VEGF, entre los que se incluye la activación del oncogen ras, la pérdida de función del gen supresor de tumor VHL (que podría explicar la alta angiogénesis de los tumores renales) o la hipoxia.

"Mecanismos de inducción de VEGF en células malignas"

La secreción de VEGF por células malignas, inducida por hipoxia o por activación de oncogenes, es clave para la angiogénesis tumoral

1. Alteración de la regulación de los factores o receptores de crecimiento.

2. Expresión de los oncogenes, la pérdida de genes supresores de tumores.

3. La secreción de factores de crecimiento de la autocrina.

4. La secreción de metaloproteinasas de la matriz.

5. Transducción de señal aberrante.

A su vez, el VEGF puede ejercer efectos pleiotrópicos, más allá de la propia inducción de angiogénesis, con importancia en el comportamiento tumoral.

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Inmortalidad replicativa

Senescencia replicativa como mecanismo de supresión tumoral

> El límite de Hayflick

Hace más de 30 años, Hayflick y Moorhead describieron que las células somáticas humanas normales tienen una capacidad de replicación limitada en cultivo. Estas observaciones llevaron a formular la hipótesis de que las células somáticas normales tienen un “reloj mitótico” que cuenta el número de divisiones celulares y que las células pierden su capacidad proliferativa tras un número crítico de divisiones.

La máxima capacidad de división en cultivo de células somáticas humanas procedentes de donantes jóvenes oscila entre 50 y 100 duplicaciones. Este límite, conocido como el límite de Hayflick, se reduce a medida que la edad del donante aumenta, presumiblemente debido a la historia replicativa de las células in vivo. Cuando una célula normal agota su capacidad de replicación, adquiere un estado de senescencia celular asociado a un bloqueo irreversible del crecimiento.

La selección y expansión clonal necesaria para la formación de tumores avanzados requiere que las células se dividan un número de veces muy superior al límite de Hayflick.

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Telómeros, problema de replicación terminal y telomerasa

En la década de los 90 se estableció que el mecanismo que cuenta las divisiones celulares son los telómeros.

> Los telómeros humanos

Son estructuras nucleoprotéicas esenciales situadas en los extremos de los cromosomas, compuestos de varios centenares de repeticiones de la secuencia 5'-TTAGGG-3' (5-15 kilopares de bases [kbp]).

Distinguen entre los extremos naturales de los cromosomas y puntos de ruptura y estabilizan a los cromosomas frente a problemas de degradación o de recombinación ilegítima.

Pueden estar implicados en la organización de los cromosomas dentro del núcleo. No obstante, los extremos del ADN lineal no pueden ser replicados completamente por el complejo de ADN polimerasa convencional, que requiere un primer de ARN lábil para iniciar la síntesis de ADN en la dirección 5' a 3'.

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> Transducción de señal aberrante

La parte superior del diagrama muestra una doble cadena de ADN lineal (líneas amarillas). A medida que la horquilla de replicación avanza, la síntesis de la cadena delantera es continua (flecha roja continua) y procede en la dirección 5' a 3' hasta el final del extremo 3' de la cadena original. La síntesis de la cadena rezagada es discontinua, y consiste en fragmentos de Okazaki (flechas rojas discontinuas), que se inician a partir de un primer de ARN lábil (rectángulos verdes). Después de la eliminación del primer de ARN y de la extensión y ligación del fragmento de Okazaki, el fragmento de Okazaki localizado más próximo al extremo 3' es incompleto, dado que el último primer de ARN no puede sustituirse por ADN. El efecto neto es la pérdida de una pequeña cantidad de ADN en el extremo 5' del ADN sintetizado de novo (gap) en cada ronda de división celular (50-100 pares de bases/división).

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En ausencia de un mecanismo capaz de compensar este problema de replicación terminal, en cada división celular se pierden 50-100 pares de bases de ADN telomérico. La erosión sucesiva de los telómeros en cada división celular resulta, finalmente, en la pérdida de su capacidad para proteger los extremos de los cromosomas y en la pérdida de material genético.

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> Erosión progresiva de los telómeros en ausencia de telomerasa

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La mayoría de especies eucariotas utilizan una transcriptasa reversa especializada, la telomerasa, para compensar el problema de replicación terminal y regenerar el ADN telomérico de novo. Esta enzima es una ADN polimerasa dependiente de ARN (transcriptasa reversa) que lleva su propia plantilla de ARN para la síntesis de ADN.

El centro catalítico de la telomerasa humana está compuesto de:

Una subunidad de ARN → (hTR; human Telomerase RNA)Sirve de plantilla para la adición de secuencias teloméricas.

Una proteína → (hTERT; human Telomerase Reverse Transcriptase)Es la que cataliza la reacción de síntesis de novo de GGTTAG en el extremo del cromosoma. El hTERT es el componente limitante de esta actividad.

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Telomerasa, telómeros e inmortalización celular

Hay una asociación entre telomerasa, telómeros y potencial replicativo.

Las células y tejidos somáticos normales, que mayoritariamente no tienen actividad de telomerasa, experimentan un acortamiento progresivo de los telómeros y la longitud de los telómeros con frecuencia refleja su historia replicativa.

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> Erosión progresiva de los telómeros en ausencia de telomerasa

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Las células y tejidos germinales y la mayoría de líneas celulares humanas inmortalizadas muestran actividad de telomerasa y una longitud estable de los telómeros.

La mayoría de tumores humanos exhiben actividad de telomerasa. Colectivamente, estas evidencias demuestran que la activación de la telomerasa se asocia a la adquisición del fenotipo maligno y llevaron a formular la hipótesis de la telomerasa e inmortalización celular.

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> Estabilidad de la longitud de los telómeros en presencia de telomerasa

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Hipótesis de la telomerasa e inmortalización celular

Existe una primera etapa en la que las células somáticas normales, que carecen de actividad de telomerasa, pierden longitud telomérica con cada división celular y, tras un número limitado de divisiones (50-100, límite de Hayflick), entran en un estado de

senescencia celular → fase de mortalidad M1.

La fase de mortalidad M1 probablemente ocurre cuando unos pocos telómeros se acortan lo suficiente como para que los extremos distales de los cromosomas dejen de estar totalmente enmascarados. Entonces son reconocidos como roturas de la doble cadena que necesitan ser reparadas.

La senescencia de células en cultivo puede superarse mediante la inactivación del gen supresor de tumor p53 y pRb, lo que capacita a las células para extender, aunque no de forma ilimitada, su capacidad replicativa hasta una segunda fase de mortalidad

denominada crisis → fase M2.

La fase de crisis se caracteriza por:

Muerte celular masiva.

Alteraciones cariotípicas asociadas a fusiones cromosómicas.

Apoptosis.

Aparición ocasional (≈1 en 107) de una célula que ha adquirido un potencial replicativo indefinido (inmortalidad).

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> Hipótesis de la telomerasa e inmortalización celular

La telomerasa es activa en células germinales y mantiene la longitud de los telómeros estable (longitud de los fragmentos de restricción terminal -TRF- de aproximadamente 15 kpb). No obstante, la actividad de telomerasa está reprimida en la mayoría de células somáticas normales y como consecuencia las células pierden longitud en sus telómeros a medida que se dividen (aproximadamente 50 a 100 pares de bases por división celular) hasta que se alcanza la fase 1 de mortalidad (M1, o límite de Hayflick). Al alcanzar la fase M1, la pérdida telomérica crítica de uno, o quizás varios, cromosomas señala una detención irreversible del ciclo celular (longitud de telómeros estimada -TRF- de 5 a 7 kbp). Los eventos transformantes, tales como la expresión de oncogenes o la inactivación de genes supresores de tumor, pueden permitir que las células superen la fase M1 sin activar la telomerasa. Cuando los telómeros se acortan críticamente en un gran número de cromosomas, las células entran en crisis (M2), momento en el que existe gran inestabilidad genética. Sólo clonas aisladas que activan la telomerasa escapan de la fase M2, estabilizan los cromosomas, y adquieren una capacidad de crecimiento indefinida.

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A finales de los años 90, se demostró experimentalmente el papel de la telomerasa en la inmortalización celular.

La expresión ectópica del componente catalítico de la telomerasa humana (hTERT) confiere un potencial de replicación indefinido a una variedad de tipos celulares presenescentes.

La actividad de telomerasa es suficiente para que células transformadas proliferen más allá del estadio de mortalidad M2 sin evidencia de crisis. Sin embargo, la inmortalidad celular no es universal en células con expresión ectópica de hTERT. La inhibición de actividad de telomerasa por expresión de ARN antisentido y, sobre todo, por la expresión de una forma dominante negativa de hTERT induce acortamiento telomérico y remortalización celular. Notablemente, la inhibición de telomerasa suprime el crecimiento de células malignas humanas in vivo en modelos animales. Además, la expresión ectópica de telomerasa en células humanas somáticas normales en cultivo, en conjunción con una serie limitada de cambios oncogénicos, contribuye a la transformación maligna.

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La actividad de telomerasa es detectable en prácticamente todos los tumores (85-90%) y líneas inmortales humanas. Además de la expresión de telomerasa en tumores, se detecta en células stem normales con alta capacidad regenerativa, como células progenitoras hematopoyéticas, queratinocitos basales o células crípticas intestinales, que presentan también actividad de telomerasa, en general, a niveles más bajos que en tumores.

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Mecanismo de inmortalización alternativo

Se ha descrito que una minoría de líneas celulares inmortalizadas y un pequeño porcentaje de tumores humanos mantienen los telómeros por un mecanismo independiente de telomerasa, ya que carecen de niveles detectables de esta actividad enzimática y presentan telómeros anormalmente largos.

Este mecanismo independiente de telomerasa se denomina elongación alternativa de los telómeros y podría deberse a fenómenos de recombinación genética intercromosómica. Algunos tipos de cánceres humanos incluyen una población minoritaria de tumores que carecen de actividad de telomerasa y presumiblemente podrían haber adquirido este mecanismo alternativo de inmortalización.

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Invasión tisular y metástasis

La capacidad de invadir y formar metástasis permite a las células cancerosas escapar del tumor primario y colonizar un nuevo terreno donde, al menos inicialmente, los nutrientes y el espacio no son factores limitantes.

Las capacidades adquiridas que se han revisado en las secciones anteriores confieren a las células una ventaja competitiva en el crecimiento local. Sin embargo, están menos claros los cambios adicionales que permiten a las células adquirir la capacidad invasiva y metastásica.

La invasión y metástasis requiere:

La pérdida de moléculas de adhesión célula-célula.

La invasión en el microambiente local.

La intravasación en el sistema sanguíneo y linfático.

La extravasación en tejidos distantes.

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> Pasos de la cáscada invasión-metástasis

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Son fundamentales, para la invasión y metástasis, la expresión y función de proteasas extracelulares, integrinas y moléculas de adhesión célula-célula. Estas características no comportan una ventaja en el crecimiento local y las células que adquieren estos rasgos no se expanden de manera clonal dentro del tumor primario.

La gran mayoría de células que se diseminan están poco dotadas para sobrevivir y proliferar en tejidos foráneos, por lo que la mayoría acaban muriendo. En este contexto, hay una gran presión adaptativa que favorece el sobrecrecimiento de aquellas células, extremadamente infrecuentes en las micrometástasis, que pueden resolver el problema de la adaptación en órganos distantes.

Esto sugiere que, en realidad, la selección darwiniana es importante en este último paso de la cascada invasión-metástasis, denominado colonización, en el que las células micrometastásicas deben adaptarse al nuevo microambiente.

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Pasos básicos en la invasión y metástasis

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> 1. Invasión y motilidad: la transición epitelio-mesénquima

En estas fases iniciales, la capacidad de motilidad e invasión no parece ser un proceso autónomo de la célula maligna, sino que la adquisición de estas propiedades estaría mediada con frecuencia por señales enviadas por las células del estroma tumoral.

El programa que regula en muchos tumores estas propiedades es un programa de transdiferenciación que se denomina transición epitelio-mesénquima (EMT).

En esta transición epitelio-mesénquima, las células epiteliales pierden sus características epiteliales y adquieren en su lugar atributos de células mensenquimales, que incluyen:

Pérdida de asociación con las hileras de células epiteliales.

Adquisición de motilidad.

Invasión.

Resistencia a la apoptosis.

El programa de EMT:

Es esencial para la morfogénesis embrionaria.

Queda latente en las células adultas.

Puede ser reactivado en distinto grado en muchos tumores (y posiblemente para la curación de algunas heridas).

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> La transición epitelio-mesénquima

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Estos cambios suelen ocurrir en la periferia del tumor y se acompañan de adquisición de motilidad y pérdida de adhesión e invasión, con lo que permiten completar las fases iniciales de la cascada de invasión y metástasis (invasión local, intravasación).

La EMT es reversible y las células de carcinoma que han adquirido un fenotipo mesenquimal pueden revertir a un estado epitelial mediante una transición inversa mesenquimal-epitelial. En algunos tumores, en cambio, la EMT no es reversible, sino que es permanente debido a alteraciones de genes, tales como la metilación de E-cadherina (típico por ejemplo del carcinoma lobulillar de mama).

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> 2. Intravasación y supervivencia en la circulación

Una vez que las células tumorales entran en la circulación, han de ser capaces de soportar las fuerzas mecánicas y la hostilidad del sistema inmune.

Con frecuencia, en la circulación forman émbolos tumorales intravasculares.

> 3. Arresto y extravasación

Una vez que las células se detienen en el sistema capilar de órganos a distancia, éstas han de extravasarse hacia el parénquima del nuevo órgano.

Este fenómeno puede ocurrir por disrupción de los capilares pequeños o puede estar regulado por las características que las células tumorales han adquirido.

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> 4. Micrometástasis; del "tumor dormancy" a las metástasis clínicamente manifiestas

Un tema que es objeto de investigación activa es el tropismo de las metástasis.

En 1889, Stephen Paget propuso la hipótesis de “la semilla y el suelo” para explicar la tendencia de diferentes cánceres (“semilla”) a formar metástasis en órganos específicos (“suelo”).

James Ewing y otros argumentaron que el tropismo tisular podía deberse a factores mecánicos y circulatorios del tumor primario. Hoy en día, se acepta que ambas hipótesis influyen en el tropismo metastásico.

> Un poco de historia...

Algunos tumores causan metástasis de manera muy precoz en el curso de la enfermedad, como el cáncer de pulmón o de páncreas.

Otros, entre los que destaca el cáncer de mama y el de próstata, se caracterizan por la posibilidad de que ocurran recidivas de la enfermedad años o décadas después del tratamiento del tumor primario.

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El tumor dormancy, un fenómeno en el que la enfermedad micrometastásica permanece inactiva e indetectable durante años o décadas, puede explicarse, al menos en parte, por la adquisición de cambios genéticos adicionales que ocurren una vez que se ha producido la micrometástasis.

La capacidad de las células tumorales micrometastásicas para adaptarse o adquirir nuevas señales de crecimiento puede determinar si ocurrirá rápidamente una metástasis clínicamente evidente o si se entrará en un estado de dormancy.

Hasta cierto punto, la existencia de largos períodos de latencia de determinados tumores sugiere que hay un fenómeno de “especiación” de las células tumorales en el microambiente.

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Genes metastáticos

El grupo del Dr. Masaguer ha propuesto una serie de clases hipotéticas de genes metastáticos:

Existen 3 clases hipotéticas de genes metastáticos:

1. Los genes iniciadores del proceso de invasión, angiogénesis y circulación.

Los genes mediadores de la transición epitelio-mesénquima, a los que hemos aludido antes, serían parte de esta clase de genes.

2. Los genes mediadores de la progresión e infiltración metastásica, en concreto de los pasos de extravasación, supervivencia y reiniciación.

Con estos genes, se pueden generar micrometástasis, pero éstas carecerían aún de la capacidad de crecer de manera invasiva.

3. Los genes mediadores de la virulencia de las metástasis y que permiten la colonización de órganos específicos y,

en consecuencia, el crecimiento de las metástasis.

Estos varían según la localización de la metástasis (cerebro, pulmón, hueso, etc.) y fundamentalmente dotan a las células malignas de la ”caja de herramientas” necesaria para adaptarse y progresar en el microambiente del tejido colonizado.

Una vez la célula se ha adaptado al microambiente, parece probable que la inducción de angiogénesis y el escape al sistema inmune sean eventos clave necesarios para el desarrollo de las metástasis clínicamente manifiestas.

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> Pasos de la cascada invasión-metástasis y clases hipotéticas de genes metastáticos

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Terapéuticas moleculares del cáncer

Presentación y objetivos

Presentación

En este módulo se revisa el concepto de terapia molecular del cáncer. Ésta nace en la práctica oncológica clínica a finales de los años 90 con el desarrollo clínico de la primera terapia contra una proteína, HER2, que es el producto de una amplificación génica. Desde entonces, la investigación de nuevas terapias del cáncer se ha dirigido de manera preferente al desarrollo de medicamentos con mecanismos de acción fundamentados en el ataque selectivo de los mecanismos disregulados en cáncer, revisados en el módulo anterior. Fruto de este nuevo paradigma, en los últimos años el arsenal terapéutico contra el cáncer se ha visto enriquecido con la aprobación para uso clínico de numerosas terapias moleculares frente a una gran variedad de tumores.

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Objetivos

1. Entender el concepto de terapia molecular del cáncer, los pasos clave en su desarrollo y la integración de los biomarcadores en su aplicación, con sus ventajas y limitaciones.

2. Transmitir la importancia de la integración entre terapia y biomarcador desde los primeros pasos del desarrollo de los medicamentos.

3. Tener una visión global de las terapias moleculares aprobadas en la actualidad para el tratamiento de pacientes con tumores sólidos, que sirva de base para comprender mejor su papel cuando se expliquen en los módulos correspondientes a tumores específicos.

4. En este módulo, se pretende dar las bases para entender la terapia molecular y está fuera del ámbito del mismo revisar, una por una, las terapias disponibles o en investigación.

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Principios conceptuales y ejemplos

Concepto de terapia molecular

En los últimos años, los avances realizados en el conocimiento de las bases moleculares del cáncer, revisados en el módulo anterior, han permitido diseñar una nueva generación de fármacos dirigidos contra dianas moleculares específicas.

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> Las seis características adquiridas del cáncer y su explotación terapéutica

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Las terapias biológicas están proporcionando resultados favorables que se traducen en un beneficio terapéutico significativo en el tratamiento del cáncer. La principal esperanza es que puedan aplicarse de manera selectiva y personalizada a pacientes con tumores con determinadas características moleculares o genéticas (medicina predictiva), lo que debería comportar una alta actividad en la población a la que se aplica y, debido a su selectividad al atacar a alteraciones existentes en las células tumorales, deberían comportar también una buena tolerancia.

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> El concepto de diana molecular ideal

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> Diferencias prácticas entre la quimioterapia y la terapia molecular

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Imatinib inhibe también otras cinasas tales como c-kit, lo que explica su marcada actividad en los tumores GIST que, en la mayoría de casos, tienen mutación activadora del gen que codifica c-kit.

Uno de los mejores ejemplos nace en el campo de la hematología con la aplicación de imatinib en la leucemia mieloide crónica. La mayoría de leucemias mieloides crónicas se deben a la presencia de una translocación entre el cromosoma 9 y 22, dando lugar al conocido cromosoma Philadelphia y a la fusión de los genes bcr y abl. El resultado es una proteína de fusión bcr/abl hiperactiva que responde de manera selectiva a imatinib, un fármaco capaz de inhibir la actividad de bcr-abl.

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Para ser justos, podemos situar el inicio de la terapia “antidiana” a finales del siglo XIX, cuando se empezaron a realizar castraciones ováricas para conseguir regresiones del cáncer de mama.

Hoy sabemos que la base subyacente a tales regresiones es el papel de los estrógenos en los cánceres de mama que expresan el receptor de estrógenos y que llevó posteriormente al desarrollo de terapias antihormonales como los SERM (tamoxifeno) o inhibidores de aromatasa.

La eficacia de estas terapias antihormonales se limita a los tumores de mama con receptores positivos, mientras que los que carecen del receptor no se benefician de ellos. Por tanto, la presencia de receptores hormonales es un requisito para la administración de estas terapias. Los receptores hormonales son un biomarcador predictivo.

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Los avances en el conocimiento de las bases moleculares del cáncer a finales de los 80 relanzaron los estudios de terapias moleculares sobre la base de la identificación creciente de los pasos clave en la transformación maligna y a las vías moleculares que median los eventos necesarios.

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> Las seis características adquiridas del cáncer y su explotación terapéutica

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> Pasos elementales en el desarrollo de la terapia molecular

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> Ejemplo de un receptor y sus vías de transducción general con las opciones de intervención terapéutica

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Los fármacos capaces de inhibir o bloquear las moléculas clave pueden dividirse en dos grandes grupos:

Anticuerpos monoclonales Sólo actúan sobre receptores de membrana o sobre factores de crecimiento circulantes.

Moléculas de pequeño peso molecular

Los fármacos de bajo peso molecular, como los inhibidores de tirosina cinasa o inhibidores de mTOR, pueden actuar tanto sobre moléculas de membrana como intracelulares.

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> Los receptores de membrana pueden ser abordados, de manera simplificada, con anticuerpos monoclonales o con inhibidores de tirosina cinasa

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En la época inicial de la terapia molecular se pensaba que lo óptimo eran los fármacos selectivos y específicos frente a una diana concreta (p. ej., inhibidores del EGFR, como erlotinib y gefitinib). En cambio, en los últimos años se han introducido en la práctica clínica terapias inhibidoras “sucias”, en el sentido de que son menos específicas, dado que pueden inhibir múltiples moléculas.

Los inhibidores de multicinasa, tales como sunitinib o sorafenib, inhiben a numerosas proteínas con actividad de cinasa. El inhibidor de proteasoma bortezomib, que al inhibir una proteasa intracelular afecta a la actividad de decenas o cientos de proteínas.

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Con relación a las moléculas de membrana, se encuentran típicamente los receptores de factores de crecimiento (p. ej., HER2, EGFR, VEGFR).

Terapia antiangiogénica

Es otro abordaje que ha llegado a la práctica clínica. Dicha terapia va dirigida en contra de su factor de crecimiento VEGF (el caso de bevacizumab) o de los propios receptores (sorafenib o sunitinib).

Disponemos de terapias antireceptor, tanto en forma de anticuerpos monoclonales como de moléculas de bajo peso molecular.

Las diferencias entre una y otra forma de terapia se resumen en la siguiente tabla: Diferencias fundamentales entre los anticuerpos monoclonales y las moléculas pequeñas

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Fortalezas y debilidades de los anticuerpos anti - receptores versus los inhibidores de la tirosina cinasa de peso-molecular-bajo como agentes anti - cáncer.

Molécula pequeña Anticuerpo

Objetivo Dominio de la tirosina quinasa Ectodominio receptor

Especificidad ++++ ++++

Vinculante La mayoría son rápidamente reversibles

Receptor interiorizado, sólo lentamente regenerado

Administración Oral, diaria Por vía intravenosa, semanalmente

Distribución en los tejidos Más completa Menos completa

Toxicidad Erupción, diarrea, pulmonar Erupción, alergia

Citotoxicidad celular anticuerpo -dependiente

No Posiblemente

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> Los receptores de membrana pueden ser abordados, de manera simplificada, con anticuerpos monoclonales o con inhibidores de tirosina cinasa

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Terapia anti-HER2 como paradigma

El primer ejemplo de una terapia dirigida contra el producto de un oncogen fue el anticuerpo monoclonal anti-HER2 trastuzumab.

Los principios racionales para la selección de HER2 como diana terapéutica potencial en cáncer de mama sirven de base para entender el desarrollo de este fármaco y de muchos otros.

HER2: Una diana para la terapia del cáncer de mama

Bases científicas

Altos niveles de HER2 pueden causar el fenotipo maligno.

HER2 está sobre expresado en el 25% - 30% de los cánceres de mama y confiere un mal pronóstico.

Anticuerpos monoclonales dirigidos a HER2 inhiben el crecimiento de las células del cáncer de mama HER2+.

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Se demostró que el HER2:

Es un oncogen (al transfectarlo en células aumentaba su potencial maligno).

Estaba amplificado (el gen) o la proteína resultante sobreexpresada en aproximadamente un 20% de cánceres de mama humanos y que esta amplificación o sobreexpresión confería a las pacientes un peor pronóstico.

En modelos preclínicos había anticuerpos monoclonales anti-HER2 con actividad antitumoral y que éstos sólo funcionaban en tumores con alta expresión de HER2 (ver imagen "Anticuerpos monoclonales anti-HER2").

Se podía inhibir bloqueando su actividad de tirosina cinasa.

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> Diagrama esquemático del mecanismo de acción del anticuerpo anti-HER2 y de la dependencia de su actividad en relación al nivel de expresión de HER2 en líneas de cáncer humano

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El resultado, tras ensayos clínicos, es que tenemos dos terapias anti-HER2 disponibles en la práctica clínica:

El anticuerpo monoclonal trastuzumab.

El lapatinib, un inhibidor de tirosina cinasa de EGFR y HER2 (ver imagen "Los receptores de membrana pueden ser abordados, de manera simplificada, con anticuerpos monoclonales o con inhibidores de tirosina cinasa").

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> Los receptores de membrana pueden ser abordados, de manera simplificada, con anticuerpos monoclonales o con inhibidores de tirosina cinasa

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Siguiendo con el ejemplo de HER2 como paradigma, hay que saber que los receptores en ocasiones pueden:

Expresarse en los tumores sin el dominio extracelular (ver Módulo de Biología del Cáncer) y mantener su actividad de cinasa tumorigénica.

Estos receptores se conocen como HER2 truncado o HER2p95. Cuando esto ocurre, es razonable plantear la hipótesis siguiente.

En los laboratorios los tumores con mucha cantidad de HER2 truncado son:

Resistentes a terapia con anticuerpos monoclonales (al faltar el dominio extracelular al que se unen los anticuerpos).

Sensibles a inhibidores de tirosina cinasa de HER2 (dado que esta actividad reside en el dominio citoplásmico del receptor).

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Si profundizamos en el mismo receptor HER2...

Sabemos que a veces su hiperactividad está causada por la formación de dímeros con otros receptores de la familia (EGFR o HER3). Hay en desarrollo anticuerpos, como pertuzumab, capaces de bloquear la formación de estos dímeros, al unirse a una parte del receptor distinto al trastuzumab.

Las terapias en uso clínico anti-HER2 (trastuzumab y lapatinib) son efectivas en un porcentaje de pacientes, pero no en todos los casos.

En el tratamiento de la enfermedad metastásica, eventualmente se desarrolla progresión tumoral. Por ello, si bien la terapia anti-HER2 es el mejor paradigma de terapia basada en biomarcadores en tumores sólidos, quedan por descubrir mecanismos de resistencia de novo o adquirida clínicamente relevantes, así como las formas de combatirlas con nuevos fármacos.

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Dosis biológica eficaz frente a dosis máxima tolerada

Una de las diferencias fundamentales entre la terapia molecular y la quimioterapia citotóxica tradicional es la ventana terapéutica(diferencia entre dosis activa y dosis tóxica).

Esta premisa lleva al desarrollo de las terapias moleculares teniendo en cuenta un nuevo paradigma: la búsqueda de la dosis biológica eficaz (DBE).

La DBE podría definirse como la dosis necesaria para conseguir una inhibición eficaz de la diana terapéutica y se identificaría por criterios farmacocinéticos o, preferentemente, farmacodinámicos. La Dosis Biológica Eficaz (DBE) se distingue del concepto de Dosis Máxima Tolerada (DMT).

La dosis biológica eficaz en el desarrollo clínico de terapias biológicas.

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> Diseño fase I con agentes biológicos

> Objetivo

MTD (Maximal Tolerable Dose / dosis máxima tolerada) o

OBD (Optimal Biological Dose / dosis biológica óptima)

Si la OBD fuera el endpoint, ¿cómo debería definirse? Aquella dosis que produce el efecto deseado en la diana terapéutica o sobre moléculas en su vía de transducción, identificadas mediante estudios farmacocinéticos y/o farmacodinámicos.

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> Diferencias hipotéticas en la ventana terapéutica entre la quimioterapia citotóxica convencional y la terapia molecular

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Características de la DMT (Dosis Máxima Tolerada):

Es típica del desarrollo de la quimioterapia citotóxica tradicional.

Es menos selectiva que la terapia molecular.

La ventana terapéutica es generalmente estrecha, lo que comporta que sea necesario llegar a dosis cercanas a las intoleradas (lo que explica sus efectos secundarios frecuentes en la clínica).

Si la DBE en comparación con la DMT para la terapia molecular es mejor o no es un tema de debate. Lo más probable es que dependa de cada fármaco, de la indicación estudiada y del perfil de mutaciones de los tumores.

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Las ventajas e inconvenientes potenciales del desarrollo de DBE frente a DMT se resumen en la siguiente tabla:

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> Ventajas e inconvenientes teóricos y relativos en el desarrollo de terapias moleculares en base a dosis biológica eficaz o máxima dosis tolerada

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En esencia, la DBE puede ser menos tóxica que la DMT, pero es fundamental constatar si la actividad antitumoral es o no equivalente en la indicación terapéutica de interés.

En el desarrollo de inhibidores de tirosina cinasa del EGFR (gefitinib y erlotinib) se ha suscitado este debate al constatar, en un estudio de la fase III, que:

Erlotinib Desarrollado a la máxima dosis tolerada, fue superior al placebo en pacientes con cáncer de pulmón quimiorefractarios.

Gefitinib Desarrollado a la dosis biológica eficaz, en un estudio similar no fue superior al placebo.

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Los siguientes factores pueden explicar, al menos en parte, las diferencias en el resultado entre los dos estudios anteriores:

La selección de pacientes.

La variabilidad entre series.

Los efectos off-target de los fármacos.

No se puede descartar que una DMT pueda ser más eficaz que una DBE en algunas poblaciones de pacientes. El gefitinib a DBE tiene una buena tolerancia y recientemente se ha aprobado para tratar pacientes con cáncer de pulmón con mutación del EGFR. Por lo tanto, hay que seguir profundizando en ambos conceptos y ver dónde se aplica mejor cada uno de ellos.

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Biomarcadores y terapia molecular

Un concepto íntimamente asociado al desarrollo, práctica y futuro de las terapias moleculares es el de biomarcador.

El biomarcador (definición según el grupo de trabajo del National Cancer Institute (NCI))

"Una característica que puede evaluarse de forma objetiva como indicador de un proceso biológico normal, de procesos patogénicos o de respuestas farmacológicas al tratamiento."

A tener en cuenta...

Un grupo de trabajo de oncólogos médicos de nuestro país está elaborando un documento con finalidad práctica para identificar y clasificar los biomarcadores de interés clínico e identificar los hospitales y laboratorios en los que se determina cada uno de ellos. Este grupo se formó porque el número de biomarcadores de potencial interés clínico crece cada año y algunos han sido aprobados por agencias reguladoras o están en fases avanzadas de investigación.

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Esta clasificación de los biomarcadores responde a sus indicaciones de uso clínico y es coherente con la utilizada por la Sociedad Americana de Oncología Clínica (ASCO).

Los biomarcadores pueden tener utilidad en:

1. Diagnóstico diferencial.

2. Factores de pronóstico: predicen evolución clínica de manera independiente al efecto terapéutico.

3. Factores predictivos: predicen la respuesta (o resistencia) a la terapia.

Desde un punto de vista de la terapia molecular, los biomarcadores que influyen en su desarrollo o su aplicación clínica son los factores predictivos.

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Principales retos de la terapia oncológica

Identificación de los marcadores para que permitan predecir la respuesta individual de un paciente a un fármaco concreto.

1. Los marcadores deben identificarse en los estudios preclínicos realizados:

En modelos celulares in vitro.

En animales de laboratorio.

Mediante técnicas de cribado de alto rendimiento que generan un gran número de posibles marcadores.

2. Los marcadores potenciales deben de ser evaluados y validados para determinar su utilidad real en estudios clínicos.

Los factores predictivos son esenciales para una medicina racional, sostenible y que optimice las posibilidades de beneficiar a un paciente y reducir la toxicidad. Más adelante, se indican los factores predictivos moleculares con indicación clínica rutinaria.

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Existe una cuarta categoría de biomarcadores, los marcadores farmacodinámicos, cuya aplicación se encuentra en el desarrollo de las terapias moleculares. Su evaluación requiere valoraciones pretratamiento y postratamiento.

Uno de los aspectos clave y, al mismo tiempo, difícil en la determinación de biomarcadores es:

La estandarización.

La reproducibilidad.

La concordancia entre laboratorios.

Estos puntos comportan la necesidad de controles de calidad a nivel nacional. Al igual que en otros países, hay que destacar que la Sociedad Española de Anatomía Patológica (SEAP) y la Sociedad Española de Oncología Médica (SEOM) han elaborado recientemente un documento de consenso sobre la determinación de HER2 y es de esperar que se siga un camino similar con otros biomarcadores relevantes.

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> El problema de la estandarización de determinaciones moleculares para la selección terapéutica. HER2 como ejemplo

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Desarrollo clínico de la fase I de las terapias moleculares

Papel de la farmacodinámica

La farmacodinámica se centra en los efectos moleculares, bioquímicos y fisiológicos del fármaco en el organismo. Analiza como:

El fármaco se une a su molécula diana.

Se desencadenan uno o varios mecanismos de acción.

Se produce, posteriormente, el efecto terapéutico y los efectos no deseados.

La farmacocinética → Estudia como el organismo afecta al fármaco.

La farmacodinámica → Estudia el efecto del fármaco sobre la función del organismo.

La farmacodinámica requiere disponer de información del biomarcador escogido antes del tratamiento y de su estado durante el tratamiento para constatar si hay o no cambios inducidos por los fármacos.

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Los estudios preclínicos en líneas celulares de cáncer humano y en modelos animales son fundamentales para constatar si hay relación entre la dosis antitumoral eficaz del fármaco y los efectos en su diana y vías de transducción.

Sobre la base de los estudios preclínicos se diseñan los estudios clínicos.

Es una realidad que la mayoría de estudios clínicos de la fase I con nuevas terapias moleculares incorporan estudios farmacodinámicos, por lo que su comprensión es esencial para el oncólogo de nuestro tiempo.

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Desarrollo de anticuerpos monoclonales terapéuticos

En general, los estudios clínicos de la fase I han fundamentado la elección de dosis para proceder a los ensayos de la fase II sobre la base de estudios de farmacocinética (saturación del aclaramiento), consistentes en una DBE.

Desarrollo de pequeñas moléculas (tales como inhibidores de tirosina cinasa o inhibidores de mTOR)

Con frecuencia se combina la farmacocinética y la farmacodinámica en los ensayos clínicos de la fase I.

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> Criterio principal para la selección de dosis en estudios con anticuerpos monoclonales

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> Criterio principal para la selección de dosis en estudios con moléculas pequeñas

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En siete de nueve terapias moleculares (pequeñas moléculas) aprobadas por la FDA, los estudios de la fase I incorporaron estudios de farmacodinámica.

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> Criterio principal para la selección de dosis en estudios con moléculas pequeñas

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El objetivo último es determinar y cuantificar la actividad biológica de un determinado fármaco sobre su diana o sus dianas terapéuticas cuando éste se administra a pacientes. Por tanto, son estudios que permiten determinar in vivo el rango de dosis que produce el máximo efecto biológico sobre la diana.

> Estudios farmacodinámicos

Estos estudios permiten analizar no sólo los efectos biológicos producidos por el fármaco sobre la diana, sino también sobre sus vías de señalización, tratando de identificar aquellos efectos moleculares o marcadores relacionados con la respuesta o la resistencia al fármaco.

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> Razones para incorporar estudios farmacodinámicos en ensayos clínicos precoces con terapias moleculares

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Los marcadores validados para su uso en ensayos clínicos deben permitir:

Confirmar el mecanismo de acción farmacológico y biológico de un fármaco in vivo en pacientes.

Contribuir a la selección de dosis.

Determinar el protocolo de administración.

Ayudar a minimizar el riesgo de efectos no deseados.

La utilización de un conjunto de marcadores que permita predecir la eficacia y la seguridad de un compuesto optimiza su desarrollo farmacológico, aumenta la confianza en cada eslabón del proceso, contribuye en la toma de decisiones sobre el desarrollo o no de una determinada molécula y aumenta los argumentos para la aprobación del fármaco.

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¿Cuáles son las fuentes de los estudios farmacodinámicos?

Una de las estrategias para estudiar el efecto biológico in vivo de los fármacos se basa en:

La obtención de biopsias secuenciales del tejido diana o tumor de los pacientes, pre y postratamiento.

La obtención de muestras biológicas de fácil acceso, indirectas, como sangre periférica o biopsias de piel o de mucosas.

La utilización de muestras biológicas indirectas resulta mucho menos invasiva para los pacientes y generalmente ha permitido aumentar el número de muestras obtenidas durante el ensayo. Además, aunque el efecto del fármaco sobre estas muestras indirectas es similar en algunos estudios al efecto sobre el tejido diana, esta equivalencia potencial debe ser validada mediante los estudios farmacodinámicos apropiados en muestras tumorales. Por otro lado, la información que revelan es de menor implicación que los estudios en muestras tumorales.

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> Posibles fuentes de marcadores para estudios farmacodinámicos

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Los estudios en tejidos normales sirven fundamentalmente para constatar:

El mecanismo de acción in vivo (inhibición de la diana terapéutica).

Los efectos moleculares (inhibición de vías de transducción dependientes de la diana).

Sólo los estudios en muestras tumorales permiten constatar de manera definitiva sus efectos en la diana en las células malignas (que puede ser el resultado de mutaciones), sus efectos moleculares y, sobre todo, los efectos en el fenotipo (proliferación y apoptosis).

La dosis para inhibir la función de una proteína normal puede ser distinta a la necesaria para inhibir la función que resulta de una proteína codificada por un gen mutado (p. ej., la actividad de tirosina cinasa del EGFR normal o del resultante de mutaciones activadoras).

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> Razones para incorporar estudios farmacodinámicos en ensayos clínicos precoces con terapias moleculares

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La inhibición de la diana es un efecto necesario, pero no suficiente, para que el fármaco pueda ser eficaz. Es importante estudiar si los efectos moleculares resultan en cambios relevantes en la proliferación y apoptosis de las células tumorales.

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Una segunda estrategia, no invasiva, para medir el efecto biológico de un fármaco es la utilización de técnicas funcionales de imagen.

Estas pruebas se basan en el seguimiento no invasivo de las lesiones de diana mediante procedimientos como:

La tomografía computerizada (CT).

La tomografía por emisión de positrones (PET).

La imagen por resonancia magnética (MRI).

La elección de la prueba farmacodinámica óptima para el desarrollo clínico inicial (fase I) de las nuevas terapias es importante por razones éticas (dado que las biopsias, particularmente las tumorales, pueden requerir maniobras invasivas y no aportan un beneficio directo al paciente) y científicas.

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Una manera potencial de aplicar las opciones citadas, de un modo racional, y que estamos incorporando a estudios de la fase I, es que al principio del ensayo, cuando las dosis probablemente son subóptimas, los estudios farmacodinámicos deban restringirse a muestras biológicas de fácil acceso, como:

Suero.

Células mononucleadas de sangre periférica.

Piel.

Mucosa oral.

Células circulantes periféricas.

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> Biopsias tumorales

Son las que van a aportar la información principal sobre los efectos farmacodinámicos y la predicción de respuesta.

Cuando los tumores son de difícil acceso para la biopsia, su uso con finalidad farmacodinámica debería restringirse a cuando se ofrecen dosis del fármaco en estudio que se consideren potencialmente activas. También debe tenerse en gran consideración que los efectos clínicos de los fármacos, tanto efectos adversos como respuestas, son medidas del mecanismo de acción.

La aparición de rash cutáneo en pacientes tratados con inhibidores del EGFR o de hipertensión en pacientes tratados con antiangiogénicos.

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Realidad y perspectivas de la terapia molecular del cáncer

Terapia molecular del cáncer

En la siguiente tabla se presenta un listado de las terapias moleculares aprobadas para el tratamiento del cáncer, enfocadas preferentemente a tumores sólidos.

En la siguiente tabla se listan aquellos fármacos para cuyo uso es necesario un test molecular predictivo.

Listado de terapias moleculares aprobadas en cáncer (preferentemente se muestran las aprobadas en tumores sólidos, con alguna excepción).

En la tabla anterior sólo se exponen aquellos fármacos cuya aprobación formal por las autoridades reguladores explicita que para la indicación del fármaco se debe realizar siempre el test molecular que se indica. Su resultado dicta si finalmente se dará o no el fármaco.

Biomarcadores de determinación rutinaria para la elección terapéutica para los fármacos indicados.

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> Terapias biológicas aprobadas para el tratamiento del cáncer (selección)

Fármaco Mecanismo Diana/s Tumor

Trastuzumab AcMo/STI HER2 TK Cáncer de mama HER2+

Imatinib (STI571) STIBCR-ABL TK

C-Kit TK

LMA resistente a interferón

LMC fase acelerada / blástica

LLA Ph+

GIST c-kit+

Erlotinib STI EGFR TK Cáncer de pulmón resistente a quimioterapia

Gefitinib STI EGFR TKICáncer de pulmón primera línea

EGFR mutado

Lapatinib STI EGFR y HER2 TKICáncer de mama

HER2+

Bortezomib Inhibidor del proteasoma Proteasoma Mieloma

Cetuximab, Panitunumab AcMo/STI EGFR Cáncer colorectal (K-ras t)

Bevacizumab AcMo/ Anti-angiogénesis VEGF Cáncer colorectal, mama, pulmón, riñón

Sorafenib Multitarget TKI VEGFR, PDGFR, Raf Cáncer renal, hepatocarcinoma

Sunitinib Multitarget TKI VEGFR, PDGFR, Kit Cáncer renal, GIST

Temsirolimus STI mTOR Cáncer renal

Dasatinib STI B-Raf, c-Kit LMC

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> Biomarcadores predictivos rutinarios

> Terapias moleculares aprobadas cuya indicación está condicionada a la determinación de mutaciones en los tumores.

Trastuzumab* (anticuerpo anti-HER2):

Indicado en cáncer de mama HER2 positivo (amplificación o sobreexpresión), en adyuvante o en metástásico.

Lapatinib (inhibidor de tirosina cinasa de EGFR y HER2):

Indicado en cáncer de mama HER2 positivo (amplificación o sobreexpresión) metástásico tras progresión a trastuzumab.

Gefitinib (inhibidor de tirosina cinasa de EGFR):

Indicado en el tratamiento de primera línea del cáncer de pulmón, no célula pequeña con mutación del EGFR.

Cetuximab y panitunumab (anticuerpos monoclonales anti-EGFR):

Indicado en cáncer colorectal metastásico sin mutación de K-RAS (la mutación de K-RAS predice resistencia).

Trastuzumab*

Probable aprobación en cáncer gástrico metastásico HER2 postivo.

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Las bases biológicas y clínicas de cada uno los fármacos detallados en la tabla "Biomarcadores de determinación rutinaria para la elección terapéutica para los fármacos indicados." se explicarán en los módulos respectivos. Sin embargo, la presencia del biomarcador no es garantía de que el fármaco funciona, por lo que su valor fundamental es el negativo.

Si un tumor no expresa el marcador, no debe darse el fármaco porque es ineficaz.

Si el tumor expresa el marcador en cuestión, el fármaco puede funcionar, pero no en todos los casos, y, en los que funciona, eventualmente se produce resistencia y progresión.

Una excepción de este concepto es la terapia adyuvante en el caso del cáncer de mama HER2 positivo tratado con trastuzumab adyuvante, que aumenta el tiempo de la progresión y la supervivencia, probablemente traduciendo una mayor tasa de curación (erradicación o control permanente de la enfermedad micrometastásica).

Por todas las consideraciones anteriores:

Es obvio que tenemos un camino por recorrer muy largo para alcanzar la medicina individualizada a la que aspiramos.

Hay otros marcadores que pueden influir de alguna manera en la toma de decisiones, pero su determinación no se considera imprescindible para la práctica clínica.

La revisión de estos marcadores está fuera del objeto de este módulo.

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> Biomarcadores predictivos rutinarios

> Terapias moleculares aprobadas cuya indicación está condicionada a la determinación de mutaciones en los tumores.

Trastuzumab* (anticuerpo anti-HER2):

Indicado en cáncer de mama HER2 positivo (amplificación o sobreexpresión), en adyuvante o en metástásico.

Lapatinib (inhibidor de tirosina cinasa de EGFR y HER2):

Indicado en cáncer de mama HER2 positivo (amplificación o sobreexpresión) metástásico tras progresión a trastuzumab.

Gefitinib (inhibidor de tirosina cinasa de EGFR):

Indicado en el tratamiento de primera línea del cáncer de pulmón, no célula pequeña con mutación del EGFR.

Cetuximab y panitunumab (anticuerpos monoclonales anti-EGFR):

Indicado en cáncer colorectal metastásico sin mutación de K-RAS (la mutación de K-RAS predice resistencia).

Trastuzumab*

Probable aprobación en cáncer gástrico metastásico HER2 postivo.

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Resumen

¿Cómo estamos incorporando en los estudios clínicos iniciales (first-in-human fase I) los conceptos trabajados en este módulo?

Por norma general, los ensayos clínicos modernos con terapias moleculares deberían:

Identificar la dosis máxima tolerada y la dosis biológica eficaz (ver tabla "Biomarcadores de determinación rutinaria para la elección terapéutica para los fármacos indicados.").

Identificar mediante criterios clínicos y moleculares las poblaciones de pacientes con mayor probabilidad de beneficio.

Descartar de manera rápida las terapias que sean ineficaces.

Menos de un 5% de los fármacos que llegan a estudios de la fase I acaban siendo aprobados para el tratamiento del cáncer, lo que ilustra, sin ambigüedades, la necesidad de introducir mejoras en su desarrollo.

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> Biomarcadores predictivos rutinarios

> Terapias moleculares aprobadas cuya indicación está condicionada a la determinación de mutaciones en los tumores.

Trastuzumab* (anticuerpo anti-HER2):

Indicado en cáncer de mama HER2 positivo (amplificación o sobreexpresión), en adyuvante o en metástásico.

Lapatinib (inhibidor de tirosina cinasa de EGFR y HER2):

Indicado en cáncer de mama HER2 positivo (amplificación o sobreexpresión) metástásico tras progresión a trastuzumab.

Gefitinib (inhibidor de tirosina cinasa de EGFR):

Indicado en el tratamiento de primera línea del cáncer de pulmón, no célula pequeña con mutación del EGFR.

Cetuximab y panitunumab (anticuerpos monoclonales anti-EGFR):

Indicado en cáncer colorectal metastásico sin mutación de K-RAS (la mutación de K-RAS predice resistencia).

Trastuzumab*

Probable aprobación en cáncer gástrico metastásico HER2 postivo.

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En los estudios iniciales, los dos objetivos fundamentales son:

1.Identificar la Dosis Máxima Tolerada (DMT), definida por los criterios de toxicidades limitantes de dosis tradicionales (como en el caso de la quimioterapia).

2.Identificar también la Dosis Biológica Eficaz (DBE), definida por criterios farmacocinéticos, farmacodinámicos y clínicos (volver a consultar la tabla 1.2).

En las primeras cohortes de pacientes, en los que las dosis son probablemente subóptimas y se van escalando en cohortes sucesivas, los análisis farmacodinámicos deberían realizarse principalmente en tejidos de fácil acceso y mediante pruebas de imagen como PET.

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> Criterio principal para la selección de dosis en estudios con anticuerpos monoclonales

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> Un modelo de desarrollo clínico inicial, fase I, de las nuevas terapias moleculares

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En la fase de desarrollo se deben descartar, lo antes posible, los fármacos con bajas o nulas posibilidades de éxito (fail fast). En este sentido, si la farmacodinámica (inhibición de la diana) o la farmacocinética (concentraciones plasmáticas, AUC, etc.) no son consistentes con una actividad potencialmente relevante, debería considerarse la interrupción del desarrollo del fármaco (no-go decision). Si los datos de farmacocinética y farmacodinámica son consistentes con una actividad potencial relevante, entonces hay motivos para proseguir con su desarrollo y escalar la dosis en cohortes sucesivas en las que se expanda el número de pacientes. En estas cohortes expandidas, se debería comparar tanto la DMT como la DBE.

La incorporación de biopsias tumorales y de estudios de imagen tipo PET en la fase de desarrollo del ensayo es importante para:

Identificar biomarcadores predictores de respuesta.

Evaluar los efectos farmacodinámicos en tejidos tumorales del fármaco en estudio.

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En la fase de desarrollo, debe considerarse también la posibilidad de que la selección de pacientes se limite a aquellos tipos de tumores con mayores probabilidades de beneficio, sobre la base de:

Mecanismo de acción del fármaco.

Perfil mutacional de los tumores.

Experiencia acumulada en las fases iniciales del ensayo clínico.

Sobre la base de los hallazgos de esta fase expandida del ensayo de la fase I, los siguientes pasos en ensayos clínicos de la fase II y la fase III probablemente deban incluir seguir comparando la DMT con la DBE, así como seguir con estudios de biomarcadores para identificar mecanismos de resistencia y marcadores predictores de beneficio clínico.

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> Reflexiones finales:

Llama la atención que el número de terapias moleculares que requieren un factor predictivo para su uso es, aún, limitado.

Para que la asociación entre fármaco y test sea una realidad mayor, necesaria en la mayoría de terapias para avanzar a una medicina personalizada, sostenible y eficiente, es importante el cambio de paradigma que estamos viviendo en el desarrollo de estos tratamientos.

Desde que se identifica la diana y se inicia la fase preclínica, el desarrollo del fármaco y de los estudios de biomarcadores deben ir de la mano para identificar aquellos tumores, y más adelante pacientes, que se benefician o no de la terapia.

Debemos aprender como seguir integrando estas terapias moleculares junto con la quimioterapia citotóxica con la esperanza de que algún día el tratamiento del cáncer pueda fundamentarse en terapias bien toleradas.

Los continuos avances en el campo de la genómica, proteómica, análisis masivos, etc. arrojarán, en los años venideros, nueva luz sobre las bases moleculares del cáncer y esperamos identificar nuevas dianas terapéuticas que resulten en mejoras adicionales clínicamente relevantes hacia una necesaria mejor supervivencia y calidad de vida de los pacientes.

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> Aspiraciones de la oncología médica moderna

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