Trattamento di metastasi: effetti antivascolari

I tumori solidi di varie eziologie possono essere trattati efficacemente mediante ECT. L'EP da sola, e l'ECT in particolare, inducono una profonda riduzione del flusso sanguigno tumorale, che contribuisce all'effetto antitumorale. Dopo l’EP (e l’ECT), il decorso del flusso sanguigno cambia e segue lo stesso schema in due fasi. La prima fase di vasocostrizione rapida e di breve durata è seguita dalla seconda fase di durata molto più lunga risultante dalla disgregazione di strutture citoscheletriche e da una compromissione della funzione di barriera dell'endotelio microvascolare. Tuttavia, nel caso dell'ECT anche le cellule endoteliali vascolari tumorali sono influenzate dal farmaco chemioterapico, che porta a danni irreparabili ai vasi tumorali e ad un'ulteriore riduzione del flusso sanguigno tumorale entro poche ore dall'esecuzione della terapia. Le cellule tumorali che sopravvivono agli effetti diretti della terapia sono di conseguenza esposte alla mancanza di ossigeno e sostanze nutritive e vanno quindi in contro a morte cellulare. Clinicamente, l'efficacia antitumorale sulle metastasi dell’ECT è ampiamente dimostrata nel trattamento delle metastasi di melanoma, con il 70-80% di remissioni complete. Gli effetti antivascolari dell'ECT vengono anche sfruttati per il trattamento palliativo del sanguinamento delle metastasi in generale, con immediata cessazione del sanguinamento ed anche ottima efficacia antitumorale. L'effetto antivascolare è molto importante per l’impego di questa terapia nel trattamento di tumori profondi, specialmente in organi ben vascolarizzati, come il fegato, dove previene il sanguinamento dell'area trattata (37).

L'applicazione di ECT o anche della sola EP in assenza di farmaco è nota per indurre una diminuzione del flusso sanguigno locale. Questo effetto è stato osservato su tessuti esposti agli impulsi nei primi studi che coinvolgono EP ed ECT, ma il significato antitumorale non era ancora pienamente riconosciuto poiché contrariamente all’ECT, l'effetto antitumorale della sola EP senza il farmaco non era significativo, anche se la durata delle variazioni del flusso sanguigno osservate immediatamente dopo i due trattamenti (ovvero ECT o applicazione della solo EP) appariva molto simile. Le differenze tra gli effetti di EP ed ECT sul flusso ematico diventano evidenti solo diverse ore dopo il trattamento, suggerendo che EP ed ECT condividano una comune modifica del flusso sanguigno con un importante ulteriore meccanismo di disturbo vascolare presente solo nel caso dell’ECT(37).

Altri studi effettuati in seguito hanno evidenziato l’effetto antitumorale ed anche antivascolare dell’ECT, e che questo può essere critico per l'esito finale del trattamento(37).

Di seguito sono delineate le caratteristiche generali di vascolarizzazione del tumore e del suo flusso sanguigno. Segue la descrizione di modificazioni transitorie e reversibili del flusso sanguigno comuni a EP ed ECT, e modificazioni vascolari irreversibili esclusivamente dell’ECT. Viene contestualmente inserito un modello che mostra le modificazioni tumorali secondi, minuti, ore e giorni dopo l’applicazione di EP ed ECT. Caratteristiche generali del flusso sanguigno nei tumori solidi: in generale, la fisiologia del flusso sanguigno dei tumori è diversa da quella dei tessuti sani. I tumori sono generalmente scarsamente perfusi e ossigenati in confronto ai tessuti sani da cui originano. L’angiogenesi tumorale fa sì che i vasi risultino disposti in modo irregolare con

la presenza di fitte reti microvascolari ramificate in modo contorto con forme e lunghezze difformi tra loro, non senza la presenza di vicoli ciechi, i quali contribuiscono ad aumentare la resistenza al flusso sanguigno. Ciò porta a ristagni di sangue all'interno del tumore ed il flusso risulta perciò inefficiente e lento. La scarsa velocità di perfusione e la struttura irregolare dei capillari contribuiscono allo sviluppo di regioni ipossiche nel tumore e nell'ambiente del tessuto. Diversamente dai tessuti normali, uniformemente vascolarizzati e ossigenati in tutta la loro struttura, molti tumori presentano una struttura in cui il bordo esterno è più efficacemente vascolarizzato e ossigenato rispetto al centro, tanto che spesso presentano necrosi al centro dovute al mancato apporto di ossigeno. Le pareti dei vasi sanguigni tumorali sono strutturalmente e funzionalmente anomale. Esse sono generalmente caratterizzati dalla scarsità di cellule muscolari lisce e da scarsa innervazione simpatica. Di conseguenza, la possibilità di regolazione locale del flusso sanguigno dei tumori è molto inferiore rispetto a quella di un tessuto normale. I capillari tumorali possono essere definiti permeabili, perché la membrana basale e il rivestimento endoteliale risultano fortemente alterati con connessioni intercellulari allentate o addirittura con aperture tra cellule endoteli, permettendo il passaggio di grandi molecole come le proteine plasmatiche. Anche la pressione del fluido interstiziale (IFP, interstitial fluid pression) risulta più alta nei tumori, a causa di un insufficiente drenaggio linfatico. Tutte queste caratteristiche possono rappresentare degli ostacoli per i trattamenti antitumorali. Ad esempio, l'ambiente ipossico rende i tumori resistenti alla radioterapia. Un ostacolo alla corretta penetrazione del farmaco all’interno del tumore è certamente l’elevata IPF. In ogni caso, l’inadeguata vascolarizzazione tumorale può essere utilizzata contro il tumore stesso: le terapie che prevedono un disturbo vascolare rappresentano un valido approccio terapeutico(37).

Gli effetti di EP ed ECT sul flusso sanguigno tumorale possono essere considerati fenomeni locali, nessun effetto sistemico è mai stato segnalato in nessuno degli studi condotti(37).

La Figura 18 riassume i principali cambiamenti del flusso sanguigno osservati nel fibrosarcoma Sa-1 sottocutaneo nei topi immunocompetenti A / J, un modello sperimentale molto utilizzato negli studi sugli effetti di EP ed ECT sul flusso sanguigno tumorale, per un tempo di 2 giorni dopo l'applicazione di EP ed ECT con bleomicina (1 mg/kg), a confronto con il flusso sanguigno nei tumori di controllo trattati solamente con bleomicina senza trattamenti adiuvanti la penetrazione cellulare(37).

Cambiamenti nel flusso ematico ad opera dell’EP: è stato dimostrato che l'applicazione di impulsi elettrici comunemente usati in ECT inducono una riduzione rapida e profonda del sangue localmente al tessuto trattato. La velocità del flusso si può misurare con il metodo flowmetry laser Doppler (LDF). Nella figura 18A si può vedere che la riduzione del flusso sanguigno inizia non appena viene dato il primo impulso. Sono bastati pochi secondi a raggiungere il livello di flusso ematico vicino allo zero. Un parziale recupero del microcircolo è iniziato circa 1-2 minuti dopo l’EP (Figura 18B); il flusso sanguigno è tornato ad essere circa il 40% del pretrattamento dopo 10–15 minuti, come mostrato nella figura 18C. A questo punto il processo di riperfusione è bloccato senza nessun

significativo ulteriore miglioramento per almeno 2 ore. Alcune prove sperimentali suggeriscono che una lieve riduzione secondaria del flusso si è verificata entro la prima ora dopo la riperfusione iniziale (figura 18C). Tuttavia, su una scala temporale più ampia, il flusso sanguigno in realtà ha continuato a migliorare, anche se a un ritmo molto più lento ed è stato quasi completamente tornato alla normalità 24 ore dopo l'applicazione dell’EP, tanto che dopo 28 h era indistinguibile da quello nel controllo, come evidenziato dalla figura 18D(37).

Figura 18: cambiamenti nel flusso sanguigno tumorale dopo diversi trattamenti. (A) Un esempio di rapida riduzione del flusso sanguigno immediatamente dopo l'applicazione degli impulsi elettroporanti. B-D: effetti di diversi trattamenti sul flusso sanguigno in tre diversi intervalli di tempo. Tutti i dati sono stati misurati nei tumori Sa-1 sottocutanei in topi anestetizzati. Per l’ECT è stata impiegata bleomicina EV (1 mg/kg), iniettata 3 minuti prima dell'applicazione dell’EP. Al momento 0 è stata applicata l’EP (otto impulsi, ampiezza 1040 V, durata 100 µs, frequenza 1 Hz, elettrodi a piastra, distanza 8 mm). Nelle figure B e C i valori sono espressi in percentuale rispetto al valore di pretrattamento. Immagine tratta da (37).

Anche in altri studi effettuati con metodiche diverse, il flusso sanguigno nei tumori 1 h dopo l’EP era in media inferiore al 50% del valore di pretrattamento. Indagini con l'imaging ultrasonografico Power Doppler hanno confermato la differenza di distribuzione del flusso sanguigno nei tumori, con la periferia notevolmente vascolarizzata meglio rispetto al centro. Il ripetere l’EP 24 h dopo il primo trattamento ha indotto una riduzione del flusso sanguigno molto simile a quella ottenuta dopo la prima applicazione, ma il recupero vascolare 24 h dopo il secondo trattamento era inferiore rispetto a quello osservato dopo il primo. Il livello di riduzione del flusso sanguigno in tumori sottocutanei osservato 30 minuti dopo l’EP era direttamente proporzionale al numero di impulsi tra 1 e 10, ampiezza 1040 V e durata 100 μs (distanza

tra gli elettrodi di 8 mm). Tuttavia, va detto che anche un singolo impulso di EP era sufficiente a provocare la stessa rapida ed estrema diminuzione iniziale del flusso sanguigno come la riduzione seguente una sequenza regolare di otto impulsi, ma in totale la durata dell'effetto era molto più breve rispetto al trattamento con otto impulsi, scomparendo completamente nel giro di pochi minuti dopo(37).

La riduzione del flusso sanguigno tumorale sembrava dipendere dall'ampiezza degli impulsi, ed è stato infatti appurato che con otto impulsi di durata di 100 μs, 30 minuti dopo l’EP la diminuzione del flusso sanguigno è presente solo se l’ampiezza supera 640 V a distanza interelettrodo di 8 mm. Il livello di riduzione 30 minuti dopo il trattamento è risultato positivo fino all’ampiezza di 1040 V senza ulteriore riduzione a 1200 V. Sulla base delle considerazioni fatte finora, si può concludere che la diminuzione del flusso sanguigno tumorale dopo l'EP consiste in due fasi distinte, molto probabilmente collegate a due distinti meccanismi fisiologici. La prima fase è rapida (secondi), profonda (arresto del flusso sanguigno) e di breve durata (solo pochi minuti). La seconda fase è più lenta (minuti-decine di minuti) e relativamente di lunga durata (almeno 24 h, vedi figura 18). La durata e l'estensione effettive della seconda fase è direttamente proporzionale al numero, all'ampiezza e alla durata degli impulsi elettrici(37).