Neoplasia

Neoplasia means “new growth,” and a newly grown cell mass is called a neoplasm. 

Definition of neoplasm by eminent British oncologist Willis:

“A neoplasm is an abnormal mass of tissue, the growth of  which  exceeds  and  is  uncoordinated  with  that  of the normal tissues and persists  in the same excessive manner  after  cessation  of  the  stimuli  which  evoked the change.”

Neoplasia

Cancer is not a single disease but many disorders that share a profound growth dysregulation. 

Some cancers, such as Hodgkin lymphoma, are curable, whereas others, such as pancreatic adenocarcinoma, have a high mortality.

Cancer cells are immortal and have limitless proliferative capacity 

A  tumor  is  said  to  be benign when  its microscopic  and  gross  characteristics  are considered relatively innocent, implying that it cannot spread to other sites

Malignant neoplasm is a  lesion that can invade and destroy adjacent structures and spread to distant sites (metastasize) to cause death. Not all cancers pursue such deadly course.

Malignant  tumors  are  collectively  referred  to as cancers

Characteristics of Benign and Malignant Neoplasms

In general, benign and malignant tumors can be distinguished on the basis of the following characteristics: 

1. Differentiation and anaplasia

2. Rate of growth

3. Local invasion

4. Metastasis.

Characteristics Discussion on characteristics

Differentiation and anaplasia

Differentiation refers to the extent to which neoplastic parenchymal cells resemble the corresponding normal parenchymal cells, both morphologically and functionally; lack of differentiation is called anaplasia. In general, benign tumors are well differentiated.Malignant neoplasms are characterized by a wide range of parenchymal cell differentiation, from surprisingly well differentiated to completely undifferentiated. The morphologic diagnosis of malignancy in well-differentiated tumors may sometimes be quite difficult.Malignant neoplasms that are composed of poorly differentiated cells are said to be anaplastic. Lack of differentiation, or anaplasia, is considered a hallmark of malignancy.

Rate of growth The rate of growth of a tumor is determined by three main factors: the doubling time of tumor cells, the fraction of tumor cells that are in the replicative pool, and the rate at which cells die. Because cell cycle controls are deranged in most tumors, tumor cells can be triggered to cycle without the usual restraints. The dividing cells, however, do not necessarily complete the cell cycle more rapidly than do normal cells. The progressive growth of tumors and the rate at which they grow are determined by an excess of cell production over cell loss. In some tumors the imbalance is large. Example: Some leukemias

Characteristics Discussion on characteristics

Local invasion Nearly all benign tumors grow as cohesive masses that remain localized to their site of origin and do not have the capacity to infiltrate, invade, or metastasize to distant sites, as do malignant tumors. Because they grow and expand slowly, they usually develop a rim of compressed connective tissue, sometimes called a fibrous capsule, which separates them from the host tissue. This capsule is derived largely from the extracellular matrix of the native tissue due to atrophy of normal parenchymal cells under the pressure of an expanding tumor. Such encapsulation does not prevent tumor growth.The growth of cancers is accompanied by progressive infiltration, invasion, and destruction of the surrounding tissue. In general, malignant tumors are poorly demarcated from the surrounding normal tissue

metastasis Metastases are tumor implants discontinuous with the primary tumor. Metastasis unequivocally marks a tumor as malignant because benign neoplasms do not metastasize. The invasiveness of cancers permits them to penetrate into blood vessels, lymphatics, and body cavities, providing the opportunity for spread.In general, the more aggressive, the more rapidly growing, and the larger the primary neoplasm, the greater the likelihood that it will metastasize or already has metastasized.  Approximately 30% of newly diagnosed individuals with solid tumors present with metastases .Metastatic spread strongly reduces the possibility of cure

INVASION AND METASTASIS

Invasion and metastasis are biologic hallmarks of malignant tumors. They are the major cause of cancer-related morbidity and mortality. Studies in mice and humans reveal that although millions of cells are released into the circulation each day from a primary tumor, only a few metastases are produced. 

Each step in the process is subject to a multitude of controls; hence, at any point in the sequence the breakaway cell may not survive.

Carcinogenic Agents and Their Cellular Interactions

The following agents can cause carcinogenesis:

1. Chemical2. Radiation3. Microbial

Carcinogenic Agents and Their Cellular Interactions(contd.)

1. Carcinogenesis caused by chemical agents:

Some  chemical  carcinogens  are  called initiators  and  they  cause  initiation  of carcinogenesis in cells. Initiation causes permanent  DNA  damage  (mutations). Initiation  alone,  is  not  sufficient  for tumor  formation.  A  different  type  of chemical carcinogens called Promoters, can induce tumors in initiated cells, but they  are  nontumorigenic  by themselves.  promoters  leads  to proliferation  and  clonal  expansion  of initiated  (mutated)  cells.  Driven  to proliferate,  the  initiated  clone  of  cells suffers  additional  mutations, developing eventually  into a malignant tumor. 

Figure: Carcinogenesis caused by chemical agents 

2. Carcinogenesis caused by radiation:

Different  radiations  can  cause  carcinogenesis. UV  light  is  responsible  for  causing  skin cancers,  and  ionizing  radiation  exposure  from  medical  or  occupational  exposure, nuclear  plant  accidents,  and  atomic  bomb  detonations  has  produced  a  variety  of cancers.

The  carcinogenicity  of  UVB  light  is  attributed  to  its  formation  of  pyrimidine  dimers  in DNA.  This  type  of  DNA  damage  is  repaired  by  the  nucleotide  excision  repair pathway.    When UV radiation  is excessesive,  the repair mechanism fails and error-prone  alternative DNA-repair mechanisms  become  active  that  result  in  survival  of the cell at the cost of genomic mutations. These mutations may lead to cancer.

Carcinogenic Agents and Their Cellular Interactions(contd.)

3. Carcinogenesis caused by viruses:

Virus/bacteria Cancer: mechanism of cancer generation

Oncogenic RNA Viruses (ex. Human T-Cell Leukemia Virus Type 1)

T-cell leukemia: A component of viral genome called Tax stimulates proliferation of T cells with molecular and chromosomal abnormalities.

Oncogenic DNA Viruses (ex. Hepatitis C Virus)

Liver cancer: Components of the HCV genome, such as the HCV core protein, may have a direct effect on tumorigenesis, possibly by activating a variety of growth-promoting signal transduction pathways

Bacteria (Helicobacter pylori) gastric adenocarcinoma: increased epithelial cell proliferation in a background of chronic inflammation.  There is an initial development of chronic gastritis, followed by gastric atrophy, intestinal metaplasia of the lining cells, dysplasia, and cancer.

Carcinogenic Agents and Their Cellular Interactions(contd.)

Oncogenes and cancerFour classes of normal regulatory genes—the growth-promoting proto-oncogenes, the growth-inhibiting tumor suppressor genes, genes that regulate programmed cell death (apoptosis), and genes involved in DNA repair—are the principal targets of genetic damage. 

Mutant alleles of proto-oncogenes are considered dominant, because they transform cells despite the presence of a normal counterpart. 

In contrast, typically, both normal alleles of the tumor suppressor genes must be damaged before transformation can occur. 

 Genes that regulate apoptosis may behave as proto-oncogenes or tumor suppressor genes. 

Mutations of DNA repair genes do not directly transform cells by affecting proliferation or apoptosis. Instead, DNA-repair genes affect cell proliferation or survival indirectly by influencing the ability of the organism to repair nonlethal damage in other genes, including proto-oncogenes, tumor suppressor genes, and genes that regulate apoptosis. A disability in the DNA-repair genes can predispose cells to widespread mutations in the genome and thus to neoplastic transformation. Cells with mutations in DNA repair genes are said to have developed a mutator phenotype. 

A new class of regulatory molecules, called microRNAs (miRNAs), has recently been discovered. Even though they do not encode proteins, different families of miRNAs have been shown to act as either oncogenes or tumor suppressors. They do so by affecting the translation of other genes