background image

1

Cancer Chemotherapy

linrong

Department of pharmacology


background image

2

Cancer chemotherapy

n

Growth fraction

n

Proliferating cells , Non-proliferating cells

n

Mechanisms of Antineoplastic Drugs

n

Toxicity of Antineoplastic Drugs

n

Classification of Antineoplastic Drugs

n

Principles of combination therapies

phase of proliferation cycle

source and action mechanisms


background image

3

General Introduction

n

Cancers account for 20-25% of deaths in 

clinical practices.

n

Attempts to cure or palliate cancer employ 3 

principal methods: 

operation

radiotherapy

and 

chemotherapy

.

n

Differing from the operation and radiotherapy 

that emphasize on the treatment of local 

tissues, 

the chemotherapy is concerned with 

that of the whole body. 


background image

4

Cancer chemotherapy

n

Chemotherapy is the use of drugs to 

inhibit or kill

proliferating cancer cells, 

while leaving host cells unharmed, or at 

least recoverable. 


background image

5

Growth fraction

n

Tumor cells can be classified as 

proliferating 

cells

and 

non-proliferating cells

.

n

The ratio of proliferating cells in the whole 

tumor tissue is called 

growth fraction

(

GF

). 

n

The faster the tumor cells proliferate, the 

bigger the GF is and the higher the sensitivity 

of tumor to a drug is. 

n

Generally, 

in the early stage, the GF of a 

tumor is bigger and the effect of a drug on 

the tumor is better


background image

6

q

Proliferating cells

Based on the 

DNA changes

in cells, proliferating cycle of tumor 

cells can be divided into 4 phases

v

Pre-synthetic phase

(Gap 1 phase or 

G1 phase

). cells chiefly 

make preparations for the synthesis of DNA.

v

Synthetic phase

(

S phase

). cells are synthesizing their DNA.

v

Post-synthetic phase

(Gap 2 phase or 

G2 phase

). DNA 

duplication has been finished and they are equally divided to 
the two of future sub-cells.

v

Mitosis phase

(

M Phase

). each cell is divided into two sub-

cells. Some of these new cells enter the new proliferating 
cycle, the others become non-proliferating cells.


background image

7

q

Proliferating cells


background image

8

Non-proliferating cells

n

Non-proliferating cells include 

G

0

phase cells

(

resting-phase cells

), 

n

G

0

phase cells have proliferation ability but do not 

divide temporally. 

n

When proliferating cells are suffered 

heavy casualties,

G

0

phase cells will get into proliferating cycle and 

become the reasons of tumor recurrence.

n

G

0

phase cells are usually 

not sensitive to 

antineoplastic drugs

, which is the important obstacle 

to tumor chemotherapy.


background image

9

Cancer chemotherapy

n

Growth fraction

n

Proliferating cells , Non-proliferating cells

n

Mechanisms of Antineoplastic Drugs

n

Toxicity of Antineoplastic Drugs

n

Classification of Antineoplastic Drugs

n

Principles of combination therapies

Ødestruction of DNA or inhibition of DNA duplication
Øinhibition of nucleic acid (DNA and RNA) synthesis

ØInterfering with the transcription to inhibit RNA synthesis

ØInhibition of protein synthesis
ØInterfering with hormone balance


background image

10

Mechanisms of Antineoplastic Drugs

Most antineoplastic drugs act on the proliferating 

cycle of cell 

(1)

destruction of DNA or inhibition of DNA 
duplication

e.g. alkylating agents, mitomycin C

(2)

inhibition of nucleic acid (DNA and RNA) 

synthesis

e.g. 5-fluorouracil, 6-mercaptopurine, 
methotrexate, cytarabine, etc.


background image

11

(3)

Interfering with the transcription to inhibit RNA 
synthesis

e.g. dactinomycin, dauoruicin, and 
doxorubicin

(4)

Inhibition of protein synthesis

e.g. vinca alkaloids, epipodophylotoxins, and 
paclitaxel

(5)

Interfering with hormone balance

e.g. adrenal corticosteroids, estrogens, 
tamoxifen etc. 

Mechanisms of Antineoplastic Drugs


background image

12

Cancer chemotherapy

n

Growth fraction

n

Proliferating cells , Non-proliferating cells

n

Mechanisms of Antineoplastic Drugs

n

Toxicity of Antineoplastic Drugs

n

Classification of Antineoplastic Drugs

n

Principles of combination therapies

Ødestruction of DNA or inhibition of DNA duplication
Øinhibition of nucleic acid (DNA and RNA) synthesis

ØInterfering with the transcription to inhibit RNA synthesis

ØInhibition of protein synthesis
ØInterfering with hormone balance


background image

13

Toxicity of Antineoplastic Drugs

Short-term toxicity

n

Common side reactions usually appear 
earlier and many of them occur in rapid-
proliferating tissues such as marrow, 
gastrointestinal tract, and hair follicle. 

n

myelosuppression, 

n

gastrointestinal tract symptom

n

alopecia 


background image

14

Long-term toxicity

n

The long-term toxicity mainly occurs in 
the patients who received 

chemotherapy 

many years ago. 

n

Examples: carcinogenesis, teratogenesis

and sterility.

Toxicity of Antineoplastic Drugs


background image

15

Cancer chemotherapy

n

Growth fraction

n

Proliferating cells , Non-proliferating cells

n

Mechanisms of Antineoplastic Drugs

n

Toxicity of Antineoplastic Drugs

n

Classification of Antineoplastic Drugs

n

Principles of combination therapies

phase of proliferation cycle

source and action mechanisms


background image

16

Classification of Antineoplastic Drugs 

n

On the basis of antineoplastic action on the phase 
of proliferation cycle, drugs are classified as 

n

cell cycle non-specific agents

(phase non-

specific agents, 

CCNSA

(e.g. alkylating agents) 

n

Act in all proliferating phases, even the G

0

n

effects are stronger. 

n

cell cycle specific agents

(phase specific agents, 

CCSA

). (e.g. 

Antimetabolites, vinca alkaloids) 

n

just act on specific phases of the cell cycle 

n

effects are comparatively weaker. 


background image

17

n

On the basis of source and action 
mechanisms, the drugs are also classified 
as: 

n

alkylating agents, 

n

antimetabolites, 

n

natural products, 

n

hormones and antagonists

n

miscellaneous agents.

Classification of Antineoplastic Drugs


background image

18

(Ⅰ) Alkylating Agents

n

Alkylating agents act via a reactive alkyl (R-

CH

2

-CH

2

+

-) group that reacts to form 

covalent bonds with nucleic acids.

n

There follows either cross-linking of the two 

strands of DNA, preventing replication, or 

DNA breakage.

n

All alkylating agents are 

phase

phase

-

-

nonspecific

nonspecific

.

n

kill rapidly proliferating cells, also kill non-

proliferating cells. 


background image

19

n

Examples: Mechlorethamine

n

the first drug

used in the treatment of cancer

n

At present, it is mainly used for 

Hodgkin's disease

and non-Hodgkin's lymphomas. 

n

Examples: Cyclophosphamide

n

Most widely used in clinical therapy for treatment 

of cancer at present.

n

It has no antineoplastic action outside the body 

and must 

be activated in the liver

(

) Alkylating Agents


background image

20

(Ⅱ) Antimetabolites

n

Antimetabolites are analogues of normal 

metabolites and act by competition, replacing 

the natural metabolite and then subverting 

cellular processes. 

n

Examples of antimetabolites include:

n

Folic acid antagonists (e.g. Methotrexate ).

n

Antipyrimidines (e.g. 5-Fluorouracil, Cytarabine).

n

Antipurines ( e.g. 6-Mercaptopurine )


background image

21

(Ⅱ) Antimetabolites


background image

22

(Ⅱ) Antimetabolites

n

Example: methotrexate

n

Mimics folic acid, which is needed for 

synthesis of DNA, RNA and some amino 

acids

n

It acts mainly on the 

S phase cells

n

has a serious myelosuppression


background image

23

(Ⅱ) Antimetabolites

n

Example: 6-Mercaptopurine 

n

A structural analogue of hypoxanthin

n

It must be converted intracellularly to the 

nucleotide 6-mercaptopurine ribose 

phosphate and 6-methylmercaptopurine 

ribonucleotide, and then 

inhibit

purine

biosynthesis, causing inhibition of 

biosynthesis of nucleic acid.  


background image

24

(Ⅱ) Antimetabolites


background image

25

(Ⅱ) Antimetabolites

n

Example: 5-Fluorouracil   (5-FU)

n

a flurorine-substituted analogue of uracil

n

must be metabolically activated to a 

nucleotide, in this case FdUMP. 

n

then its metabolite 

inhibits

the synthetase

of deoxythymidine monophosphate, 

blocking DNA synthesis. Besides, as the 

fraudulent substance, its metabolite can 

also interfere with the synthesis of RNA. 

n

a phase-specific drug


background image

26

(Ⅲ) Natural Products

n

This group is determined by the source of the 

drug

n

The major classes of natural products include

n

antibiotics

n

vinca alkaloids 

n

biologic response modifiers 

n

enzymes 

n

epipodophyllotoxins

n

taxanes


background image

27

n

Antibiotic antineoplastic agents

n

Damage DNA in cycling and noncycling cells

n

Example: 

Dactinomycin (actinomycin D) 

This drug binds noncovalently to double-stranded 

DNA 

and inhibits

DNA-directed RNA syntheisis. 

Dactinomycin is 

a phase-nonspecific agent

but it is more active agsinst G1 phase cells.

(Ⅲ) Natural Products


background image

28

(Ⅲ) Natural Products

n

Vinca (plant) alkaloids

n

Vincristine and vinblastine are alkaloids 

derived from the periwinkle plant. 

n

binding to tubulin, interfere with the 

assembly of spindle proteins during 

mitosis..

n

Act in 

M phase

to inhibit mitosis, blocking 

proliferating cells as they enter metaphase.

n

Both can cause bone marrow suppression 

and neurotoxicity


background image

29

(

) Hormones and antagonists

n

The growth of some cancers is hormone 

dependent. Growth of such cancers can 

be inhibited by surgical removal of 

hormone glands, increasingly, however, 

administration of hormones or 

antihormones is preferred.


background image

30

Examples:

n

Adrenocortical steroids to 

inhibit the 

growth

of cancers of 

lymphoid 

tissue 

and blood.

n

Oestrogen antagonists ( tamoxifen ) is 

indicated for breast cancer.

n

Oestrogen is used for prostatic cancers.

(Ⅳ) Hormones and antagonists


background image

31

(Ⅴ) Miscellaneous agents

n

Examples: Hydroxyurea

n

Hydroxyurea inhibits ribonucleotide

reductase. inhibition of DNA synthesis. 

n

It is specific for the cells of 

phase

n

The major adverse effect of this drug is 

bone marrow depression. 


background image

32

Cancer chemotherapy

n

Growth fraction

n

Proliferating cells , Non-proliferating cells

n

Mechanisms of Antineoplastic Drugs

n

Toxicity of Antineoplastic Drugs

n

Classification of Antineoplastic Drugs

n

Principles of combination therapies

1. Select drugs according to their phase   specific characteristics

2. Combinations of antineoplastic drugs with different action mechanism
3. Combinations of antineoplastic drugs with other therapies

5. Select drugs according to antineoplastic range (spectrum)

6. Use right dose


background image

Principles of combination therapies

n

In order to 

enhance curative effect

, to 

decrease the toxicity and to reduce the drug 

resistance, combination therapies are often 

used in the treatment. 

n

Advantages of drug combinations: 

n

They provide maximal 

cell kill

within the  range of 

tolerated toxicity.

n

They are effective against a broader range of cell-

cycle phases.

n

They may slow or prevent the development of 

resistance.


background image

34

1.

Select drugs according to their phase   

specific characteristics

 The aim of this rule is to urge more G

0

phase 

cells to enter the proliferating cycle so as to 

increase

the amount of tumor cells killed by 

drugs.

Principles of combination therapies


background image

35

– For 

high GF tumor

such as acute leukemia, 

phase specific drugs are firstly used to kill S 
or M phase cells, and then phase non-speicfic
drugs are used to kill tumor cells in other 
phases, and finally the above two steps are 
repeated once again to kill new cell from G

0

phase.

– For 

low GF tumor

such as solid tumors, phase 

non-specific drugs are firstly used to kill cells 
of all phases, and then phase specific drugs 
are used, and finally the above steps are 
repeated to kill the new cell from G0 phses.

Principles of combination therapies


background image

36

2. Combinations of antineoplastic drugs with 

different action mechanisms.

 can destroy tumor cells from various biochemical links 

at same time. 

3. Combinations of antineoplastic drugs with other 

therapies

 Examples: chemotherapy plus operation,     

chemotherapy plus radiotherapy.

Principles of combination therapies


background image

37

4. Combination of low-toxic drugs with high-

toxic ones

 does not obviously increase the toxicity of 

antineoplastic drugs while the remarkable 
synergism of anticancer action is produced. 

 Example: bleomycin (light myelosuppression) 

+ mitomycin (serious myelosuppression), 
which is often used to treat carcinoma of 
cervix.

Principles of combination therapies


background image

38

5. Select drugs according to antineoplastic

range (spectrum)

6. Use right dose

Principles of combination therapies


background image

39

Cancer chemotherapy

n

Growth fraction

n

Proliferating cells , Non-proliferating cells

n

Mechanisms of Antineoplastic Drugs

n

Toxicity of Antineoplastic Drugs

n

Classification of Antineoplastic Drugs

n

Principles of combination therapies

1. Select drugs according to their phase   specific characteristics

2. Combinations of antineoplastic drugs with different action mechanism
3. Combinations of antineoplastic drugs with other therapies

5. Select drugs according to antineoplastic range (spectrum)

6. Use right dose


background image

Thank you!!




رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
المشاهدات: لقد قام 8 أعضاء و 76 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل