Modelos experimentais de carcinoma urotelial do trato urinário superior

July 7, 2017 | Autor: Ubirajara Ferreira | Categoria: Animal Model, Urinary Tract, Transitional Cell Carcinoma, Experimental Model
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Revendo Reviewing Ciências Basic Sciences Básicas

Modelos experimentais de carcinoma urotelial do trato urinário superior Upper urinary tract urothelial carcinoma experimental models Leonardo Oliveira Reis1, Wagner José Fávaro2, Valéria Helena Alves Cagnon3, Ubirajara Ferreira4

RESUMO A pesquisa do câncer em animais constitui importante complemento às investigações clínicas. Particularmente, a utilização de modelos animais na pesquisa do câncer do trato urinário tem papel primordial na demonstração de que a carcinogênese é um processo de múltiplos estágios. Esses modelos são usados para a indução de tumores, no desenvolvimento de imunoterapia, quimioterapia e de novas técnicas. O presente artigo discute o papel do modelo animal utilizando roedores no carcinoma urotelial, a validade dos modelos animais em tumores induzidos por carcinógenos, os principais modelos animais de carcinoma de células transicionais e do trato urinário superior disponíveis e as vantagens e desvantagens dos principais modelos experimentais. Descritores: Modelos animais; Sistema urinário/patologia; Carcinoma de células de transição/patologia

ABSTRACT Cancer research on animals is an important complement to clinical investigations. Particularly, the use of animal models in researches on urinary tract cancer has a primary role in demonstrating that carcinogenesis is a multiple-stage process. These models are used to induce tumors in order to analyze the development of immunity, chemotherapy, and new techniques. This article discusses the role of animal models using rodents in urothelial carcinoma, the validity of animal models in carcinogen-induced tumors, the primary animal models available of transitional cell carcinoma and carcinoma of the upper urinary tract, and the advantages and disadvantages of the main experimental models in use. Keywords: Models, animal; Urinary tract/pathology; Carcinoma, transitional cell/pathology

INTRODUÇÃO O carcinoma de células transicionais (CCT) é o fenótipo mais comum de neoplasia que acomete o trato urinário, e sua localização na pelve renal responde por 5 a 10% de todos os tumores renais e por 5% de todos os tumores uroteliais. A sua ocorrência ureteral é menos comum, com incidência aproximada de um quarto (25%) da observada na pelve renal(1-2). Diferentemente dos tumores vesicais, a recorrência é mais preocupante no trato superior, onde o acesso e a vigilância são mais difíceis. A pelve renal, ureter e bexiga são recobertos por epitélio transicional contínuo, o urotélio, que constitui uma extensa área de tecido homogêneo, embora diferenças anatômicas e embrionárias existam nesses diferentes sítios(3). Modelos animais de CCT vesicais estão bem estabelecidos e permitem a evolução de conhecimentos da biologia tumoral, padrão de crescimento, diferenciação e disseminação, expressão antigênica, potencial metastático e invasivo e resposta terapêutica(4). Os modelos animais estão no centro da pesquisa experimental e, ao mesmo tempo, são a ligação existente entre pesquisa experimental e clínica. Dentre as pesquisas experimentais envolvendo CCT, em contraste com a elevada concentração dos estudos em bexiga urinária, poucos relatos de análise molecular do trato urinário superior (TUS) têm sido publicados(5-7), o que também ocorre em estudos clínicos. Embora as alterações histopatológicas do CCT e do TUS sejam similares às encontradas na bexiga(8), são muito menos estudadas(7).

1

Pós-graduando (Mestrado) em Cirurgia pela Divisão de Urologia Oncológica da Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP, Campinas (SP), Brasil.

2

Pós-doutorando do Departamento de Anatomia, Biologia Celular e Fisiologia do Instituto de Biologia da Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP, Campinas (SP), Brasil.

3

Livre-docente, Professor-assistente do Departamento de Anatomia do Instituto de Biologia da Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP, Campinas (SP), Brasil.

4

Livre-docente, Professor Titular da Divisão de Urologia Oncológica da Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP, Campinas (SP), Brasil.

Autor correspondente: Leonardo Oliveira Reis – Rua Vital Brasil, 250 (Hospital das Clínicas Unicamp, 2º andar, A2 sala 108) – Cidade Universitária Zeferino Vaz – CEP 13083-590 – Campinas (SP), Brasil – e-mail: [email protected] Data de submissão: 24/3/2009 – Data de aceite: 6/10/2009

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Em muitas circunstâncias clínicas, os estudos acerca do CCT vesical são extrapolados para os tumores do TUS. Embora apresentem a mesma linhagem histológica, existem grandes diferenças no que tange o diagnóstico, tratamento e prognóstico das lesões do ureter e pelve renal, sendo as últimas mais perniciosas. Tais discrepâncias estão possivelmente relacionadas a dificuldades no diagnóstico precoce, tratamento tópico, além da biologia celular e anatomia peculiares(4).

Papel do modelo animal utilizando roedores no carcinoma urotelial A utilização de modelos animais na pesquisa do câncer tem papel importante, demonstrando que a carcinogênese é um processo de múltiplos estágios, sendo três as etapas principais: iniciação – fixação irreversível da alteração genética (mutação); promoção – expansão reversível da população celular tumoral (proliferação das células iniciadas) e progressão – transição irreversível para tumor maligno invasivo (acúmulo de lesões, indiferenciação)(9-10). Existem diversas vantagens na utilização de roedores na pesquisa médica. A fisiologia e genética desses animais são bem conhecidas e seu manejo é fácil e barato. Um modelo mamífero compartilha vários e importantes aspectos com humanos. Roedores ainda desenvolvem câncer com relativa facilidade em resposta a baixas doses de carcinógenos químicos, e seus tumores se desenvolvem rapidamente ao longo de semanas a meses(4). A estrutura e função do trato urinário de roedores são extremamente similares às humanas e ambas as espécies compartilham perfis de expressão genética similares no câncer urotelial, o que sugere que o tumor urotelial em roedores pode figurar como um interessante modelo experimental(11-12). Um aspecto importante da biologia do urotélio que pode influenciar a carcinogênese está relacionado à sua função de autorrenovação da barreira urinária. Embora o urotélio normal em todas as espécies apresente uma taxa extremamente baixa de substituição celular e uma ausência virtual de mitoses, mostra uma elevada capacidade regenerativa com rápida proliferação durante o desenvolvimento e em resposta à lesão(13). Os carcinógenos excretados na urina podem promover a carcinogênese não somente pela lesão genotóxica direta, mas também pelo dano epitelial e consequente proliferação celular para a restauração da barreira urinária(13). Novos agentes terapêuticos podem ser testados em modelos animais, uma vez que permitem avaliação da via de administração (inclusive intravesical), farmacocinética, eficácia e potencial toxicidade.

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Validade dos modelos animais induzidos por carcinógenos Um significativo número de fatores de risco têm sido relacionados ao desenvolvimento do CCT, como a exposição a carcinógenos químicos. O tabagismo é um dos fatores de maior risco conhecidos, responsável por até um terço dos casos(14). Contém aproximadamente 4.700 diferentes compostos químicos, muitos deles genotóxicos, como compostos n-nitrosos e aminas aromáticas (4-aminobifenil e o-toluidina)(15). A urina de tabagistas apresenta características mutagênicas devido à presença de duas vezes mais aminas aromáticas em comparação à urina de nãofumantes(16). Diferentes abordagens experimentais têm sido empregadas no estudo do CCT. Em diversos modelos de carcinogênese vesical, múltiplas doses de carcinógenos químicos são instiladas na bexiga de roedores e caninos(17). Indução autóctone de câncer vesical por meio da instilação intravesical do carcinógeno n-metil-n-nitrosourea (MNU) em ratas fêmeas Fisher 344 apresenta grande utilidade em estudos do carcinoma urotelial(18). Os mesmos autores sugeriram que a lesão citotóxica induzida no urotélio iniciaria uma “resposta de reparação” com proliferação rápida, permitindo o acúmulo e a perpetuação de mutações. Os tratamentos associados utilizando-se carcinógenos e promotores podem desempenhar ações sinérgicas ou aditivas na indução do CCT (19). A administração de citrato de sódio a ratos promove a indução de lesões pré-neoplásicas e neoplásicas em bexigas previamente iniciadas com carcinógenos químicos(20). Enquanto os animais de laboratório diferem dos humanos em alguns aspectos, o uso de tais modelos se baseia na evidência de que existem mais similaridades genéticas, genômicas, fisiológicas, bioquímicas e metabólicas do que diferenças entre as espécies de mamíferos. Historicamente, estudos envolvendo animais de laboratório, especialmente roedores, têm trazido inúmeras contribuições para a fisiologia, bioquímica, farmacologia, toxicologia e biologia do câncer. O uso de modelos com roedores parte da premissa e das evidências experimentais de que roedores apresentam similaridades suficientes em sua fisiologia, bioquímica, metabolismo e genética em relação aos seres humanos, o que garante seu uso como substitutos, assim como sua relativa disponibilidade, baixo custo, e curto ciclo de vida. Tais estudos foram e continuam a ser fundamentais na descoberta de novos tratamentos. Estudos pré-clínicos incluindo animais de laboratório precedem estudos clínicos e populacionais para novas drogas e terapias. Os modelos animais contribuem para a compreensão de mecanismos moduladores e da patogênese. Atualmente, o modelo animal envolvendo

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roedores é a melhor ferramenta disponível para o estudo do câncer, desde que os resultados falso-positivos, falso-negativos, as diferenças metabólicas entre espécies, assim como as respostas de espécies específicas sejam identificadas e consideradas(21). Não se pode considerar, portanto, que roedores sejam substitutos perfeitos aos humanos, mas até o momento são universalmente julgados como a melhor e mais aceita ferramenta, principalmente em bioensaios envolvendo carcinógenos(22). A integração da experimentação animal a novos métodos genômicos, biologia computacional, sistemas dinâmicos e bioinformática poderão, no futuro, adequar ainda mais os modelos existentes(23). O desafio será selecionar as ferramentas adequadas para cada questão colocada.

Principais modelos animais de CCT do TUS disponíveis Embora um modelo ideal não esteja disponível, tentativas de indução de câncer no TUS de roedores utilizando-se carcinógenos têm sido realizadas sem sucesso. A estagnação de urina contendo carcinógeno e o contato prolongado de células alvo com o carcinógeno da urina podem ser necessários na indução de tumores do TUS em modelos experimentais, o que ocorre em situações tais como hidronefrose(24). Em 1980, foram encontrados 18,6% de tumores de células transicionais microscópicos em ratos Wistar, a maioria na pelve renal, em 43 animais com deficiência de ácidos graxos essenciais (AGE) em comparação à ausência de tumor em 36 controles. Dessa forma, ratos apresentando deficiência de AGE foram considerados modelo útil ao estudo do câncer urotelial humano. Cálculos foram observados na pelve renal e bexiga em proporções não-descritas(25). A estagnação de urina contendo carcinógeno na pelve renal pode estar relacionada à carcinogênese local. Camundongos NON/Shi (NON para não-obesos nãodiabéticos que apresentam intolerância à glicose, mas não diabetes) apresentam hidronefrose espontânea em 10 a 30% e quando receberam n-butil-n-(4-hidroxibutil) nitrosamina (BBN) a 0,05% via oral diluído em água por 12 semanas, 35% apresentaram carcinoma da pelve renal similar ao que ocorre em humanos. Desses, 38% eram carcinomas de células escamosas (CCE). Utilizando-se linhagens que não desenvolvem hidronefrose espontânea (DS/Shi e B6C3F1) submetidas ao mesmo tratamento carcinógeno, não se observou tumor no TUS. O índice de carcinoma vesical variou de 83 a 94% dos animais nas diferentes linhagens, sem diferença significativa, evidenciando suscetibilidade similar do urotélio ao BBN. Desta forma, a linhagem NON/Shi foi proposta como modelo experimental de tumor do TUS em humanos(26).

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Embora o tempo de exposição do epitélio ao carcinógeno e a incidência de hidronefrose possam determinar maiores índices de carcinoma, não há evidência de elevados índices de indução, até o momento, que utilizem este protocolo. Induzindo 240 animais conforme protocolo descrito acima, 75% apresentaram câncer vesical e 7% câncer da pelve renal, sendo apenas 12 tumores macroscópicos (12/240, 5%)(7). Em 1995, foi proposto o primeiro modelo de implante de carcinoma de células transicionais (CCT) humanas no TUS de animais de experimentação imunocomprometidos. O implante no sistema coletor ocorreu em apenas 45% (18 de 45 animais). Foram utilizados ratos homozigotos (“nude”) que não desenvolvem o timo, inoculados com 1-5 x 106 células RT4 bem diferenciadas de CCT humanas por meio da punção cirúrgica do pólo renal inferior. A ligadura prévia unilateral do ureter para produzir estase urinária aumentou a taxa de implantação mucosa para 67% (4 de 6 animais estudados) assim como a mortalidade (25%). Não houve implante tumoral ureteral(27). Maior sensibilidade da pelve renal de ratos SD/cShi à ação carcinogênica da fenacetina foi demonstrada. Oitenta e um por cento (43/53) dos ratos alimentados com 1 g/kg peso corporal/dia de fenacetina desenvolveram carcinoma de pelve renal em uma média de 78 semanas, dos quais 96% eram CCT e 4% CCE. CCT ureteral e vesical ocorreram em 15 e 24%, respectivamente. Ratos SD/cShi foram obtidos de ratos SpragueDawley (SD) em 1961 por Aburahi Lab. of Shionogi & Co., Ltd. (Shiga, Japão), do laboratório Charles River Breeding Laboratory nos Estados Unidos. A causa da hidronefrose, herdada por gene recessivo, foi descrita como secundária à estenose do meato ureteral, embora não haja estudo específico desse aspecto. Apenas 38% dos animais que receberam fenacetina sobreviveram até o final do protocolo, 85 semanas(28). O Quadro 1, modificado de Reis et al., mostra as vantagens e desvantagens dos principais modelos experimentais de indução de carcinoma urotelial(29). Quadro 1. Vantagens e desvantagens dos principais modelos experimentais Modelo animal Induzido por carcinógeno

Vantagens Carcinógenos humanos Imunocompetente Múltiplos estágios, causas, fatores, processos Fisiopatologia similar à humana

Desvantagens Formação de cálculos Cistite  

Transgênico

Imunocompetente Permite identificação de genes específicos relacionados à carcinogênese Câncer humano idêntico Útil no estudo dos mecanismos de metástases

Perda da heterogenicidade tumoral

Tumor implantável

Imunocomprometido Difícil implantação ortotópica Invasivo desde o início

Fonte: modificado de Reis et al.(29)

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