Tumor growth parameters: Growth fraction Parámetros de crecimiento tumoral. Fracción de crecimiento
Cellular growth fraction is the percentage of proliferative cells, in cell cycle, in a tumor, and that therefore contribute to its growing.1
Although all cells go through the same sequence of phases, there are differences in the number of proliferative cells that constitute a tissue or a tumor. In a given neoplasia, the number of cells in cycle or in growth is only a minority; most of them are in G0, differentiated to the point of losing their replication capacity, or dead.
To understand tumor growth it is necessary to know the concept of tumor doubling time, referring to the time it takes for the number of cells to double.2 The tumor doubling time is defined by growth fraction and cell loss rate. Most of tumors have a low growth fraction along with a high rate of cell loss, further limiting tumor growth. In other words, tumor doubling time increases. Part of the cell loss is due to the genetic instability of daughter cells, which can lead to apoptosis or to ischemic necrosis phenomena.2
Tumor growth fraction is closely related to tumor volume, being both inversely proportional. This is because tumor cell populations follow a Gompertzian growth model.2
All cell populations seem to have a larger number of cells in division when the population size is small, and they start to decrease while the size grows. Biological growth that follows this pattern is known as Gompertzian growth. This growth model is also applicable in oncology, as in most neoplasms tumor growth fraction decrases as the volume of the tumor progresses. In early stages growth is exponential, with a high growth rate and a very short doubling time. The growth fraction reaches its maximum value when tumor size is about 37% of its lethal volume, and as the tumor grows, doubling time increases and growth fraction decreases.2
Although the mechanisms that lead to tumor growth retardation are not entirely known, among the involved factors are hypoxia and reduced availability of nutrients and growth factors, as increased tumor volume implies a greater distance from the capillaries, toxic metabolites accumulation, and intercellular inhibitory communication.2
Another important factor of tumor kinetics because of its role in the effectiveness of treatments is that proliferating cells, which are the most vulnerable, are not necessarily the cells to be removed in order to eradicate the tumor. Cancer stem cells, responsible for the persistence and the growth of the tumor are mainly in G0, with an unlimited capacity for self-replication.2
Recent studies prove that hypoxia promotes stem cell maintenance and blocks differentiation, thus its critical role in defining cellular sensitivity to radiation may link additional processes of stem cell maintenance and therapeutic resistance.3 Cancer stem cells also play an important role in tumor angiogenesis, and therefore in tumor growth, worsening prognosis.
Since hypoxia is a key element of radioresistance, new cancer treatments should be focused on treating tumors in the earliest possible stage, where it is minimal, thus favoring a better therapeutic response.
Bibliographical references:
- BioCancer Research Journal; ISSN 1697 – 6452 [Internet] Compartimentos celulares. Fracción de crecimiento. [Cited May 2015]. Available from: https://www.biocancer.com/journal/768/21-compartimentos-celulares
2. García-Conde J. Oncología clínica básica [Internet]. Arán; 2000. Available from: https://books.google.es/books?id=co3E3qO8_zoC
3. Rich JN. Cancer Stem Cells in Radiation Resistance. Cancer Res [Internet]. 2007 Oct 1;67 (19 ):8980–4. Available from: https://cancerres.aacrjournals.org/content/67/19/8980.abstract
Irene Navarro Navarro
La fracción de crecimiento celular es el porcentaje de células proliferativas, en ciclo celular, de un tumor, y que por tanto contribuyen al crecimiento del mismo.1
A pesar de que todas las células atraviesan una misma secuencia de fases, existen diferencias en el número de células proliferantes que constituyen un tejido o un tumor. En una neoplasia determinada sólo una minoría de células están en ciclo o en crecimiento; la mayoría están en G0, diferenciadas hasta el punto de no tener capacidad de replicación, o muertas.2
Para entender el crecimiento tumoral es necesario conocer el concepto de tiempo de doblamiento tumoral, referido al tiempo que transcurre para que el número de células se duplique.2 El doblamiento tumoral depende tanto de la fracción de crecimiento tumoral como de la tasa de pérdida celular. La mayoría de tumores, además de una baja fracción de crecimiento tiene una elevada tasa de pérdida celular que limita adicionalmente el crecimiento tumoral, o expresado de otro modo, aumenta el tiempo de doblamiento tumoral.Parte de la pérdida celular se debe a la propia inestabilidad genética de las células hijas que puede provocar fenómenos de apoptosis y al desarrollo de fenómenos de necrosis isquémica.2
El tamaño de la fracción de crecimiento de un tumor está estrechamente relacionado con el volumen tumoral, siendo inversamente proporcional a este.1 Esto se debe a que las poblaciones celulares tumorales siguen un modelo de crecimiento Gompertziano.2
Todas las poblaciones celulares parecen tener más células en división cuando el tamaño poblacional es pequeño, y estas se van reduciendo conforme el tamaño crece. El crecimiento biológico que sigue este patrón se conoce como crecimiento Gompertziano. Este modelo de crecimiento también es aplicable en oncología, pues en la mayoría de neoplasias la fracción de crecimiento tumoral disminuye a medida que avanza el volumen del tumor. En las fases iniciales el crecimiento es exponencial, con una alta tasa de crecimiento y un tiempo de doblamiento muy corto. La fracción de crecimiento alcanza su valor máximo cuando el tamaño del tumor es aproximadamente un 37% de su volumen letal, y a medida que crece el tumor, aumenta el tiempo de doblamiento y se disminuye la fracción de crecimiento.2
Aunque los mecanismos que inducen al enlentecimiento del crecimiento tumoral no son del todo conocidos, entre los factores implicados figuran la hipoxia y la disminución de la disponibilidad de nutrientes y factores de crecimiento, ya que el aumento del volumen tumoral implica una mayor distancia de las células a los capilares nutricios, la acumulación de metabolitos tóxicos y la comunicación inhibitoria intercelular.2
Otro importante factor de cinética tumoral por su implicación en la eficacia de los tratamientos, es que las células proliferantes, que son las más vulnerables, no son necesariamente las células que deben eliminarse a fin de erradicar el tumor. Las células madre o clonogénicas, responsables de la persistencia y el crecimiento tumoral están principalmente en G0, con capacidad ilimitada de autorreplicación.2
Estudios recientes demuestran que la hipoxia favorece el mantenimiento de estas células madre y bloquea la diferenciación, por lo que su papel clave al definir la sensibilidad celular a la radiación puede estar relacionado con otros procesos de mantenimiento de células madre y resistencia terapéutica.3 Las células madre o clonogénicas además juegan un papel clave en la angiogénesis tumoral y por tanto en el crecimiento del tumor y el empeoramiento pronóstico.
Puesto que la hipoxia es un elemento determinante de la radioresistencia, los nuevos tratamientos oncológicos deberán ir enfocados a tratar los tumores en el estadio más precoz posible, cuando ésta sea mínima, favoreciendo así una mejor respuesta terapéutica.
Referencias bibliográficas:
- BioCancer Research Journal; ISSN 1697 – 6452 [Internet] Compartimentos celulares. Fracción de crecimiento. [Consultado en Mayo de 2015]. Disponible en: https://www.biocancer.com/journal/768/21-compartimentos-celulares
2. García-Conde J. Oncología clínica básica [Internet]. Arán; 2000. Disponible en: https://books.google.es/books?id=co3E3qO8_zoC
3. Rich JN. Cancer Stem Cells in Radiation Resistance. Cancer Res [Internet]. 2007 Oct 1;67 (19 ):8980–4. Disponibel en: https://cancerres.aacrjournals.org/content/67/19/8980.abstract
Irene Navarro Navarro