(Le figure si ingrandiscono cliccandoci sopra)

Fig. 1: Crescita del tumore primario dopo somministrazione sottocutanea

Il paradigma della complessità e molti aspetti che riguardano la teoria dell'informazione, la linguistica e la semiotica sono importanti per capire i processi coinvolti nella genesi delle malattie che vanno sotto il nome di cancro. Per approfondire tali aspetti del problema, chiedo un poco di pazienza e di seguire i processi mentali e gli esperimenti che ho iniziato a fare a partire dal 1982. In quell'epoca, studiando il rapporto fra cancerogeni, mutageni, teratogeni, avevo focalizzato l'attenzione sui dati della letteratura, che evidenziavano come sperimentalmente gli agenti cancerogeni, somministrati durante la gravidanza, avessero effetti diversi a seconda del periodo in cui agivano: tali effetti si manifestavano come aumento delle malformazioni se gli agenti venivano somministrati durante il periodo dell'organogenesi ed invece come aumento del numero di tumori nella prole, quando agivano nei periodi in cui la formazione degli organi ed apparati era terminata (1, 2, 3, 4, 5). La domanda che mi posi sul perchè di questa diversità di effetti ebbe una risposta immediata: durante l'organogenesi avvengono tutti i processi differenziativi e questi sono in grado di opporsi a quelli che provocano il cancro. Si formano - è vero- tessuti ed organi malformati, ma pur sempre costituiti da cellule differenziate: in altre parole le mutazioni, che costituiscono l'evento iniziale del processo di cancerogenesi, si esprimono come malformazioni, ma non come trasformazione maligna delle cellule. Nel periodo dell'organogenesi debbono esistere dei regolatori che impediscono, in ultima analisi, la moltiplicazione indefinita delle cellule, tipica dello sviluppo maligno, caratterizzandole in senso specifico. Questi regolatori sono in grado di differenziare le cellule embrionali mutate. Potevano questi regolatori impedire la moltiplicazione delle cellule tumorali? Erano le cellule tumorali simili alle cellule embrionali mutate? Per dare risposta a questa domanda vennero

Fig. 2: Citotossicità degli omogenati sulle cellule 3LL in vitro

fatti alcuni esperimenti.

Dati sperimentali in vivo

A vari lotti di topi C57BL 6, assieme a un milione di cellule del tumore di Lewis vennero somministrati vari omogenati: di embrione e di utero gravido, entrambi al 9o giorno di gravidanza, di utero non gravido e di fegato. I risultati di detti esperimenti, insieme ai metodi utilizzati, vennero pubblicati su "Cancer Letters" (6) e sono qui riportati nella fig. 1 e nella tabella 1. Gli omogenati di utero gravido singeneico avevano un effetto drammatico nel bloccare la crescita del tumore primario e nell'impedire la formazione di metastasi polmonari. L'arresto dello sviluppo del tumore non era dovuto all'attività citotossica degli omogenati (fig. 2). La sorpresa in questo esperimento fu di non trovare alcun effetto sullo sviluppo del tumore da parte degli omogenati di embrione. L'esperimento venne ripetuto ed i risultati furono sovrapponibili a quelli del primo. Si fece allora strada l'idea che nei mammiferi l'utero potesse fornire, almeno in una prima fase della gravidanza, informazioni, “dialogando” con l'embrione. Venne condotto un nuovo esperimento, questa volta con embrioni di ovipari, che contengono già tutte le informazioni per il completo differenziamento e

Fig. 3: Crescita del tumore primario nel gruppo di topi trattati e nei controlli

sviluppo. Questo nuovo esperimento, pubblicato in un numero di “Biologische Medizin” (7), ha evidenziato i risultati riportati nella tabella 2 e fig. 3: la crescita tumorale nel gruppo dei topi trattati risultava significativamente rallentata, così come il tempo di sopravvivenza, significativamente aumentato rispetto ai controlli. Anche se gli embrioni usati erano molto distanti filogeneticamente dal topo, pur tuttavia gli omogenati da essi ottenuti avevano effetti molto significativi nel rallentare la crescita neoplastica. Gli esperimenti condotti suggerivano l'ipotesi che l'ostacolo alla crescita neoplastica da parte di omogenati di tessuti in fase di sviluppo differenziativo potesse derivare dall'attività regolatrice della crescita e del differenziamento embrionale. Tale attività regolatrice nei mammiferi era localizzata prevalentemente nell'utero, almeno negli stadi iniziali del differenziamento embrionale,

Fig. 4: Attività delle proteine bicoid e nanos sulla regione anteriore e posteriore dell'embrione di Drosophila

 

 

 

 

 

 

mentre si ritrovava direttamente negli embrioni nelle specie ovipare.

 

 

Cenni sul differenziamento embrionale

Provvederò a convalidare l'ipotesi di cui sopra con i successivi esperimenti in vitro. Per capire la

Fig. 5: Attivazione del p53 nelle cellule di glioblastoma con l'estratto X1(citofluorimetria)

regolazione genica che avviene nell'embrione farò prima alcuni cenni sul differenziamento cellulare. A breve distanza di tempo dalla fecondazione, generalmente a livello di gastrula, iniziano i processi differenziativi, alla base dei quali vi è una differenziale espressione dei geni. Tre sono i postulati dell'espressione differenziale del gene:

1) il nucleo di ogni cellula contiene il genoma completo presente fin dall'inizio nell'uovo fecondato. In termini molecolari, i DNA di tutte le cellule differenziate del medesimo organismo sono identici

2) i geni repressi e non utilizzati nelle cellule differenziate non sono distrutti o mutati ed essi conservano la potenzialità di essere nuovamente espressi

3) solo una piccola percentuale del genoma è realmente espressa in ogni cellula e l'RNA sintetizzato è specifico per quel tipo di cellule. In sintesi, i processi differenziativi, che portano le cellule totipotenti a specializzarsi, si identificano in una differenziale regolazione genica che restringe, specializzandolo, il genoma espresso. I regolatori, sono in genere fattori che cooperano in una rete, in modo che ogni cellula promuove e controlla lo sviluppo differenziativo di un'altra. Ogni cellula comunica con le altre attraverso questa rete. La differenziazione cellulare è un processo molto complesso, che coinvolge diversi livelli:

Fig. 6: Attivazione del p53 nelle cellule di melanoma

A) una differenziale trascrizione dei geni che regola quali di questi debbano essere trascritti nell'RNA

B) un processo di selezione dell'RNA nucleare, che regola quale degli RNA trascritti debba passare nel citoplasma per diventare RNA messaggero

C) una selettiva traduzione dell'RNA messaggero che regola quale degli RNA messaggeri debba essere tradotto nelle proteine

D) una modificazione differenziale delle proteine che regola quale di queste debbano rimanere funzionanti nelle cellule.

Il network differenziativo è costituito da diverse sostanze che cooperano in molte cascate. Ad esempio

Fig. 7: Cellule di melanoma non trattate (metodo immunoistochimico. 1000x)

alcuni fattori di trascrizione, che nella Drosophila presiedono allo sviluppo della porzione anteriore dell'embrione, operano in un processo a cascata. Semplificando molto, ad un certo punto dello sviluppo della Drosophila, la proteina bicoid attiva il gene hunchback; la nuova proteina sintetizzata hunchback attiva il gene kruppel; la proteina kruppel attiva il gene odd-skipped e così via. Nel frattempo, nella porzione posteriore dell'embrione avvengono altre cascate di regolatori (fig. 4), che portano alla produzione di proteine nanos, le quali inibiscono la traduzione dell'RNA messaggero di hunchback . Questi messaggi chimici complessi che presiedono all'espressione differenziale dei geni sono responsabili del normale ed armonico sviluppo dell'embrione. E' infatti da sottolineare che, se il gene nanos non è presente, la proteina hunchback si forma in tutto l'embrione ed essa inibisce in questo modo la formazione dell'addome in Drosophila . Il gene hunchback appare pertanto come il perno focale dal punto di vista della regolazione sia della regione anteriore sia di quella posteriore addominale. Gli studi sull' espressione dei geni nanos e bicoid ci spiegano alcuni dati sperimentali, quali quelli relativi alla formazione di un secondo addome, che si ottiene a seguito della distruzione dell'RNA messaggero bicoid (con luce UV o con RNasi). Se i fattori di trascrizione rappresentano una delle vie importanti attraverso cui si verifica l'espressione differenziale del gene, altre vie sono note, quali i processi di selezione dell'RNA nucleare che negli eucarioti rappresentano la via più importante e che rendono possibile la sintesi di proteine diverse a partire dal medesimo gene in cellule diverse o nella medesima cellula in tempi differenti. A livello di traduzione una selettiva degradazione o, al contrario, una selettiva stabilizzazione dell'RNA messaggero sono responsabili dell'ulteriore specificazione dello spettro proteico

 

 

 

Esiste oggi una visione dinamica della

regolazione dell'espressione genica. Il gene non è più visto come un'entità autonoma e indipendente che controlla la sintesi proteica. A sua volta il gene è sotto il controllo diretto e indiretto della proteine sintetizzate. Certamente le interazioni tra DNA e fattori di trascrizione, così come le relazioni interattive fra nucleo e citoplasma, fra citoplasma e microambiente, sono così numerose da costituire un meraviglioso esempio di complessità. L'embrione rappresenta infatti un eccellente modello di ciò che gli studiosi dell'Istituto di Santa Fe chiamano un “sistema adattativo complesso”. Di fatto l'embrione 1)

Fig. 8: Cellule di melanoma trattate (metodo immunoistochimico. 1000x)

è un network costituito da numerose cellule che agiscono in parallelo 2) ha diversi livelli di organizzazione che sono costantemente tenuti sotto controllo e riadattati 3) ha un'implicita predizione codificata nei suoi geni 4) è in continua trasformazione ed è caratterizzato dall'emergere di continui elementi di novità.

Gli esperimenti in vitro

Si è visto che la differenziazione cellulare consiste in una differenziale regolazione genica che restringe il genoma espresso. Sono le sostanze presenti durante la differenziazione cellulare in grado di regolare i geni che sono importanti nel controllo della crescita tumorale, come avevo supposto nei primi esperimenti sull'animale? Per rispondere a tale domanda vennero fatti alcuni esperimenti in “vitro” per valutare la regolazione di alcuni geni: p53; bcl2; c-jun e di alcuni oncogeni: ras e myc. Vengono qui riportati i risultati sull'attivazione dell'anti-oncogene p53.

Fig. 9: Cellule di epatocarcinoma non trattate (metodo immunoistochimico. 1000x)

Materiali e Metodi

Embrioni di Zebrafish e di trota agli stadi di medio-blastula-gastrula, 5 somiti, 20 somiti sono stati lavati in acqua bidistillata e posti in una soluzione di glicerina e 30% di alcol etilico nel rapporto 4 a 1. Gli embrioni di Zebrafish sono stato sottoposti a 2 cicli di sonicazione di 10 secondi ciascuno e successivamente trattati con turboemulsionatore. Gli embrioni di trota sono stati sottoposti ad un ciclo con turboemulsionatore di 3 minuti e successivamente sono stati filtrati sottovuoto con membrane millipore di 90 microns e quindi di 10 microns. 100 microlitri di dette soluzioni sono stati incubati per 48 ore con le seguenti culture di cellule tumorali stabilizzate in vitro: 1) glioblastoma, 2) melanoma, 3) epatocarcinoma. Le cellule di glioblastoma e di epatocarcinoma erano coltivate in Ham F 12 contenente antibiotici ed il 5% di siero fetale inattivato con calore (FCS), mentre le cellule di melanoma erano coltivate nello stesso

Fig. 10: Cellule di epatocarcinoma trattate (metodo immunoistochimico. 1000x)

terreno contenente 20% di FCS. Ulteriori dettagli tecnici di preparazione delle culture cellulari sono stati già descritti in altre pubblicazioni (8). La valutazione della proteina p53 è stata fatta con analisi citofluorimetrica e con metodo immunoistochimico utilizzando il sistema rivelatore alla fosfatasi alcalina. Con questo ultimo metodo l'intensità del colore rosso è stata valutata in una scala a 4 step e precisamente: 0= non attivazione del p53; += bassa attivazione del p53; ++= media attivazione del p53; +++= alta attivazione del p53. I differenti estratti sono stati etichettati da X1 ad X6 e gli esperimenti fatti in cieco. Gli embrioni di Zebrafish sono stati presi allo stadio di medio-blastula-gastrula, 5 somiti, 20 somiti per queste ragioni: lo Zebrafish costituisce un modello di studio della differenziazione cellulare; lo Zebrafish allo stadio di media-blastula-gastrula, 5 somiti, 20 somiti evidenzia cascate di regolazione (molti geni sono attivati o disattivati in quegli stadi). Per la trota si è pensato ad un comportamento analogo.

Fig. 11: Attivazione del p53 da parte di differenti estratti embrionali nelle cellule di glioblastoma

Risultati

Nella fig. 5 è riportata l'attivazione del p53 nelle cellule di glioblastoma trattate con l'estratto X1 in confronto con le cellule non trattate. Le cellule trattate evidenziavano una attivazione maggiore del 23,5% rispetto alle cellule non trattate (metodo citofluorimetrico). Nella fig. 6 viene riportata l'attivazione del p53 nelle cellule di melanoma trattate con l'estratto X3 rispetto alle cellule non trattate. Le cellule trattate evidenziavano una attivazione maggiore del 20% rispetto alle cellule non trattate. Nella fig. 7 si possono vedere le cellule di melanoma non trattate e nella fig. 8 le cellule di melanoma trattate con estratto X3 (metodo immunoistochimico). Prima del trattamento le cellule con alta attivazione del p53 erano 35%, con media attivazione 15%, con bassa attivazione 5%, le cellule non attivate 45%. Dopo il trattamento le cellule con alta attivazione del p53 erano 75%, con media attivazione 10%, con bassa attivazione 5%, non attivate 10%. Nella fig. 9 si possono vedere le cellule non trattate e nella fig. 10 le cellule di epatocarcinoma trattate con l'estratto X3 (metodo immunoistochimico). Prima del trattamento le cellule non attivate erano il 100%, dopo il trattamento le cellule con alta attivazione del p53 erano il 25%, con media attivazione il 5%, con bassa attivazione il 5%, non attivate il 65%. Tuttavia l'attivazione del p53 non era possibile con tutti gli estratti, ma soltanto con alcuni. Nella fig. 11 sono riportati i risultati dell'attivazione del p53 nelle cellule di glioblastoma trattate con cinque estratti differenti. Solo l'estratto X5 aumenta significativamente il livello della

Fig. 12: Curva di sopravvivenza nei tumori della mammella (metodo di Kaplan-Meier)

proteina p53. Così possiamo concludere che solo 2 estratti (X1 ed X5) aumentano significativamente il livello del p53 nelle cellule di glioblastoma. Gli altri 4 estratti sono risultati inefficaci.

Discussione

I risultati soprariportati evidenziano che nell'embrione durante la differenziazione cellulare esistono sostanze in grado di attivare il p53 in differenti cellule tumorali coltivate in vitro. Questa attivazione avviene solo dopo trattamento con specifici estratti. Teoricamente si può supporre che ogni tipo di tumore sia regolato da specifiche sostanze presenti nell'embrione in ciascun stadio differenziativo. Così è possibile che più indifferenziati sono i tumori più precoci debbano essere i regolatori prelevati negli embrioni di ovipari (nei mammiferi detti regolatori debbono essere cercati nella decidua gravida o nella placenta nei primi stadi di sviluppo). D'altra parte sono noti molti fattori di differenziazione sia nell'embrione (9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24) sia nella

Fig. 13: Curva di sopravvivenza dei tumori del polmone (metodo di Kaplan-Meier)

decidua uterina (25). Alcuni di questi fattori presenti nell'embrione (26) e nell'utero (27) sono in grado di controllare la differenziazione e la moltiplicazione di specifiche linee tumorali. Generalmente i fattori che stimolano la differenziazione cellulare sono rappresentati da un network o da alcune famiglie di sostanze che agiscono in diverse cascate. E' possibile che, solo quando il network differenziativo è completo, sia possibile il controllo della moltiplicazione e della differenziazione delle cellule tumorali. D'altra parte questo punto di vista è lo stesso di quello che oggi abbiamo in merito al rapporto dieta/cancro. Oggi sappiamo che è la composizione complessa di una certa dieta e non singole sostanze della dieta ad avere importanza nella prevenzione dei tumori (28, 29). Il microambiente è veramente importante nel controllare la moltiplicazione e la differenziazione delle cellule sia normali che tumorali. Il microambiente dell'embrione degli ovipari ( dell'utero gravido nei mammiferi) è il più adatto in questo tipo di controllo. Infatti questo microambiente è in grado di condurre le cellule totipotenti indifferenziate ad una completa differenziazione. Nel corso della differenziazione cellulare la somministrazione di noti cancerogeni non è in grado di indurre la crescita di tumori probabilmente perchè il sistema di controllo del genoma è sempre attivo. Studi recenti (30, 31, 32, 33, 34) riportano che la funzione del p53 nell'embrione è quella di prevenire le

Fig. 14: Curva di sopravvivenza negli epatocarcinomi (metodo di Kaplan-Meier)

malformazioni. Alcuni autori (35, 36) hanno pertanto definito il p53 “guardiano dei bambini” come gene sopressore delle malformazioni. Tuttavia quando lo stress dell'embrione è molto severo e le mutazioni sono in numero molto grande, il p53 non è più in grado di riparare il DNA e causa l'apoptosi di tutte le cellule (aborto). Questi processi avvengono anche nelle cellule tumorali quando il p53 è attivato. In questo senso le cellule tumorali sono simili alle cellule embrionali mutate. D'altra parte le cellule tumorali hanno gli stessi antigeni delle cellule embrionali (37). Oggi noi sappiamo che il cancro è costituito da diverse malattie in cui sono presenti diverse alterazioni: attivazione di proto-oncogeni o, più frequentemente, di oncogeni; repressione o mutazione di anti-oncogeni, produzione di fattori di crescita. Praticamente nelle cellule tumorali è disattivato il programma della differenziazione cellulare. La cancellazione di detto programma permette una rinnovata espressione di geni embrionali con l'attivazione del programma della moltiplicazione. Per questo motivo le cellule tumorali possono essere considerate come cellule che hanno una “ configurazione genica” (vedi box 1) simile a quella presente nell'embrione durante la differenziazione cellulare. Se oggi guardiamo alla terapia del cancro con l'ottica, non della distruzione delle cellule tumorali, ma con quella della loro regolazione, dobbiamo allora cambiare il paradigma scientifico e passare dal riduzionismo alla complessità. Infatti è impossibile, nel disordine provocato dal cancro, regolare il processo con singole molecole. E' necessario usare specifici networks di regolazione. Solo una terapia basata su una giusta ridondanza di specifici regolatori della differenziazione cellulare può ripristinare il programma che è stato distrutto nelle cellule tumorali, by-passando le mutazioni che sono all'origine della trasformazione maligna. In questo modo è possibile “creare” alcuni “atrattori cellulari”, che possono cambiare il DNA e rendere compatibile il codice delle cellule tumorali con quello delle cellule differenziate (vedi box 2). D'altra parte il paradigma della complessità ci indica che le reti biologiche, in certe condizioni, sono in grado di auto-organizzarsi, di ripararsi e tendere all' ordine.

Trial clinico. Risultati preliminari.

 

Fig. 15: Curva di sopravvivenza nei tumori dello stomaco (metodo di Kaplan-Meier)

Brevemente, in quanto l'argomento principale di questo articolo è quello di dimostrare che noi dobbiamo usare il paradigma della complessità per capire i processi coinvolti nella genesi del cancro, illustrerò i risultati di una terapia nell'uomo che utilizza una ridondanza di regolatori a dosaggi molto bassi (300-900 microgrammi/die di proteine totali) ottenuti da embrioni di Zebrafish. La terapia consiste nella somministrazione sublinguale di una miscela di sostanze ottenute dagli stadi di medio-blastula-gastrula, 5 somiti, 20 somiti. Lo studio è stato multicentrico (38). I casi trattati sono rappresentati da malati terminali, in cui gli oncologi avevano sospeso la tradizionale terapia di accertata efficacia contro il cancro e da pazienti con metastasi multiple, ma ancora in trattamento con chemioterapia e/o radioterapia. Pazienti negli stadi iniziali di malattia e ben controllati dalle terapie tradizionali non sono stati accolti nel presente trial. In 3 anni sono stati trattati circa 400 pazienti. Qui vengono riferiti i risultati relativi a 200 casi (gli altri pazienti sono trattati da breve tempo ed al momento non sono possibili considerazioni di qualche rilevanza). I risultati

Fig. 16: Curva di sopravvivenza nei tumori del colon (metodo di Kaplan-Meier)

preliminari possono essere sintetizzati in questo modo: 1) circa l'80% dei casi dimostra un miglioramento del performance status, valutato con il sistema E.C.O.G. (Eastern Cooperative Oncology Group) 2) in alcuni casi è possibile ipotizzare che la sopravvivenza sia aumentata (abbiamo per ciascun tipo di tumore descritto le curve di sopravvivenza con il metodo di Kaplan-Meier, figg. 12,13,14,15,16) 3) una piccola percentuale di casi dimostra una riduzione delle masse tumorali. Tali riduzioni si sono registrate per tumori della mammella (4 casi), della cute (2 basaliomi e 1 carcinoma spinocellulare), linfoma non Hodgkin (2 casi), linfoma di Hodgkin (1 caso), tumore dello stomaco (1 caso), della laringe (1 caso), del polmone (1 caso), del rene (1 caso), della prostata (1 caso), della vescica (1 caso), del fegato (1 caso), osteosarcoma (1 caso). Il presente trial clinico rappresenta uno studio aperto effettuato di solito prima di uno studio caso-controllo. In assenza del gruppo di controllo non è possibile trarre conclusioni definitive eccetto che per la non tossicità della terapia proposta. Infatti non si sono registrati effetti collaterali nei pazienti trattati. Questo studio indica la necessità di effettuare uno studio controllato. La presente terapia deve essere considerata complementare alla chemioterapia ed alla radioterapia. Essa è ancora troppo aspecifica; inoltre i dosaggi, volutamente bassi per evitare effetti collaterali, non possono essere considerati sufficienti per un pieno controllo clinico. Pertanto è sperabile che in futuro si possano mettere in produzione preparati più specifici ed efficaci.

Problemi aperti e suggerimenti per le ricerche future

L'esperienza acquisita indica che il metodo di preparazione degli estratti embrionari è molto

box 1 MODELLO PER LA PREVISIONE DEL NUMERO DEI DIVERSI TIPI DI CELLULE DIFFERENZIATE E DEI DIVERSI TIPI DI TUMORE NELL'UOMO Il numero delle diverse “configurazioni” definitive del genoma umano (numero di tipi di cellule completamente differenziate) può essere calcolato sulla base di un modello che preveda che ogni tipo di cellula in via di differenziazione dia origine mediamente a 3 tipi di cellule figlie con diversa “configurazione genica” e che gli stadi di differenziazione siano mediamente 5. L'ipotesi che il modello possa essere coerente con la situazione reale deriva dall'osservazione che da un unico tipo di cellule derivano tre differenti tipi di cellule (es. dalle cellule completamente indifferenziate dei primi stadi della segmentazione derivano poi le cellule ectodermiche, endodermiche, mesodermiche). Gli stadi di differenziazione sono indicati in numero di 5 sulla base di quanto si conosce con sufficiente precisione su alcune linee cellulari in via di differenziazione. Ad esempio gli stadi differenziativi delle cellule ematopoietiche sono i seguenti: a) stadio delle cellule staminali (stem cells); b) stadio delle committed stem cells; c) stadio delle differentiating cells; d) stadio delle cellule completamente differenziate. Considerando i tre foglietti (ectoderma, endoderma, mesoderma) si arriva a 5 stadi. L'algoritmo per calcolare il numero totale (N) di cellule completamente differenziate è pertanto una potenza che ha per base il numero dei tipi di cellule derivanti da un'unica cellula progenitrice e per esponente il numero di eventi differenziativi. L'algoritmo è pertanto il seguente: N= 35 Il risultato è 243, pari al numero dei diversi tipi di cellule somatiche. Ad esso, per il computo definitivo del numero totale dei diversi tipi di cellule dell'organismo umano, occorre aggiungere quello delle cellule sessuali maschili e femminili. Le cellule sessuali sono 5 nel maschio (spermatogonio, spermatocita di 1o ordine, spermatocita di 2o ordine, spermatidi, spermatozoo) e quattro nella femmina (oogonio, ovocita di 1o ordine, ovocita di 2o ordine, cellula uovo): si arriva così ad un totale di 252 tipi diversi di cellule, cioè ad una previsione quasi perfetta del numero dei tipi cellulari dell'organismo umano. Per quanto riguarda il cancro, nell'ipotesi che le cellule tumorali siano il risultato di una delle possibili configurazioni geniche presenti nelle cellule indifferenziate, il numero dei differenti tipi di tumore derivanti dalle cellule somatiche è: N = 34 + 33 + 32 + 3 = 120 Per calcolare il numero finale dei differenti tipi di tumore, dobbiamo aggiungere il numero dei tumori derivanti dalle cellule sessuali ed alcuni tumori provenienti da diversi tessuti embrionali (teratoma, cancro embrionale, corioncarcinoma). Si arriva quindi ad un totale di circa 130 diversi tipi di tumore. Per quanto riguarda la malignità è da rilevare che i tumori più aggressivi sono quelli costituiti dalle configurazioni geniche presenti nei primi stadi differenziativi, che, insensibili a tutti i messaggi, attuano il programma della moltiplicazione cellulare con una velocità impressionante. Da ultimo è da ricordare che le attuali classificazioni dei tumori sono ridondanti, soprattutto perchè non tengono in considerazione che i gradi più maligni dei diversi istotipi ontogeneticamente vanno ascritti a cellule con la stessa “configurazione genica”.

importante. Se il metodo non è ben standardizzato, gli estratti possono avere effetti diversi. Ad esempio gli estatti di embrioni di trota non sono stati praticamente usati, perchè durante le operazioni di preparazione e di purificazione molte sostanze andavano perse e gli estratti avevano effetti diversi in vitro. Inoltre anche il momento di prelievo dell'embrione è importante: occorre infatti evitare le fasi di moltiplicazione che si verificano fra gli stadi di differenziazione. Le future ricerche potrebbero essere indirizzate verso le seguenti linee:

1) produzione di estratti più attivi su specifici tumori. Probabilmente ciascun tipo di tumore richiede uno specifico network di regolazione. L'esperienza acquisita indica che i tumori più agressivi richiedono fattori di regolazione presenti all'inizio della differenziazione cellulare. In questi casi gli estratti più efficaci si sono dimostrati quelli prelevati allo stadio di medio-blastula-gastrula

2) studio degli effetti sulla crescita tumorale da parte di estratti di decidua di utero gravido e di placenta. In esperimenti animali questi estratti si sono dimostrati più efficaci di quelli di embrioni di ovipari nel controllo della crescita tumorale

box 2 CODICI, SISTEMI ADATTATIVI COMPLESSI, SIGNIFICAZIONE La completa differenziazione cellulare coincide con l'acquisizione da parte delle cellule della capacità di significazione dei messaggi: le cellule acquisiscono un ottimo codice, fatto di una giusta misura di entropia, che garantisce la varietà dei messaggi e di una giusta ridondanza che ne assicura l'affidabilità (vedi nota). Di fatto nell'organismo sviluppato le diverse cellule e sottosistemi che lo compongono sono in grado di dare significato ai messaggi. Per capire questa affermazione si può fare l'esempio della cellula epatica. Essa, specie nella società industriale e tecnologica, viene in contatto con una serie numerosissima di molecole di sintesi, che possono essere tossiche per l'organismo, con cui mai prima era venuta in contatto. Orbene la cellula epatica, anche se in contatto per la prima volta con una nuova molecola, è in grado non solo di recepire la forma ma anche di interpretare il contenuto del messaggio: nel caso di una sostanza tossica la cellula “capisce” che è “tossica” e di conseguenza si comporta diversamente rispetto ad una sostanza interpretata come “non-tossica”. Di fatto, nel caso di “tossico”, la cellula epatica mette in atto tutti i meccanismi di detossificazione e, se necessario, modifica anche se stessa, attraverso ad esempio i meccanismi di induzione o inibizione enzimatica. D'altra parte la completa differenziazione cellulare, che dà origine ad un nuovo essere, si identifica con l'emergere della mente e del processo della cognizione. Questo interessa il cervello, che è una struttura specifica per mezzo della quale il processo della cognizione agisce. Ma è l'organismo in toto con i suoi sottosistemi ed organi a funzionare come un'unica rete cognitiva. E' l'emergere dell'identità organismica, di un nuovo sistema adattativo complesso, che fa sì che i sottosistemi acquisiscano la capacità di significare i messaggi. Tornando all'esempio della cellula epatica, essa, se posta in vitro, non sarebbe in grado di “capire” il significato di “tossico”, in quanto le mancherebbero tutti i collegamenti con la rete cognitiva da cui le derivano i messaggi per la significazione (nel caso specifico, ad esempio, tutti i segnali che registrano un danno dell'organismo). Così si può sostenere non in senso metaforico ma in senso letterario che una cellula contestualizzata in un sistema adattativo complesso è in grado di significare i messaggi in quanto ha una possibilità di scelta. Essa infatti può scegliere diverse vie metaboliche in rapporto alle diverse informazioni che le arrivano dal contesto. Tale possibilità di scelta le viene a mancare quando essa è decontestualizzata. Il cancro rappresenta invece un sottosistema in cui il codice di comunicazione è cambiato rispetto a quello con cui tutte le altre cellule differenziate dell'organismo comunicano. E' un codice legato ad una delle possibili configurazioni del genoma degli stadi indifferenziati embrionali, appartenente ad un sistema adattativo complesso (l'embrione) in cui il messaggio di fondo significativo è “organizzare la vita”. E così la cellula tumorale organizza la “ propria” vita, anche se questo avviene a spese dell'intero organismo, di cui di fatto essa non fa più parte. Si tratta di un problema metalinguistico, di incompatibilità fra codici. Se si vuole usare il linguaggio della biologia molecolare si potrebbe dire che nel genoma delle cellule tumorali sono attivati geni embrionali (proto-oncogeni o più spesso geni embrionali mutati- oncogeni- repressi durante il differenziamento embrionario) che fanno sì che nella cellula il genoma stesso assuma una configurazione responsabile dell'indefinita moltiplicazione e/o sono disattivati geni oncorepressori che danno il segnale di stop alla crescita. Od ancora si potrebbe dire che nella cellula tumorale sono comunque presenti alterazioni a vario livello, in conseguenza delle quali la cellula non riesce più a ricevere messaggi efficaci di disattivazione dei segnali della moltiplicazione. La cellula tumorale evolve così come entità autonoma: solo il contatto con il “suo” microambiente embrionario potrebbe ristabilire la comunicazione. Il cancro potrebbe pertanto essere correttamente definito come una patologia della significazione. Nota: nella teoria della comunicazione i termini entropia e ridondanza sono stati correlati fra di loro da Claude Shannon, che ha definito matematicamente la ridondanza (R) come: R= 1- H/H max dove H è l'entropia del sistema in un certo momento e Hmax è il valore massimo dell'entropia possibile del sistema. In pratica essa valuta l'ordine relativo di un sistema in rapporto al sottofondo di massimo disordine

3) identificaziuone di specifici fattori di regolazione presenti nel network attivi su specifici tumori. Sebbene il programma di regolazione della crescita tumorale sia complesso, è possibile che singole molecole del network siano più efficaci. Questi fattori potrebbero essere usati a concentrazioni elevate

4) studio degli effetti sulla crescita tumorale, quando il livello di complessità degli estratti embrionari e placentari è aumentato. E' possibile definire con maggior precisione i diversi stadi di differenziazione di ogni linea cellulare embrionaria e prelevare i diversi fattori di regolazione di ciascuna linea in ciascun stadio. Successivamente si può usare una miscela che contiene il completo network differenziativo di quella linea cellulare (dallo stadio di stem cell a quello di cellula completamente differenziata)

5) produzione di alte dosi di fattori che attivano il p53, stressando l'embrione (ad esempio con radiazioni ionizzanti)

6) studio degli effetti sulla crescita tumorale da parte di estratti embrionari o placentari, quando da essi vengono tolti specifici e conosciuti fattori di crescita.

Pier Mario Biava

Scuola di Specializzazione in Medicina del Lavoro

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