Trapianto di cellule staminali ematopoietiche Prof. Franco Aversa S.C. Ematologia e Centro Trapianto Midollo Osseo Università Università e Azienda Ospedaliera Parma GvHD Reazione Donatore verso Ricevente RIGETTO Reazione Ricevente verso Donatore donatore ricevente CD34+ Probability of survival after allogeneic transplant for severe aplastic anemia, by donor type and age, 1998-2008 100 100 HLA-matched sibling, ≤20 y (N=1,388) Probability of Survival, % 90 80 90 80 HLA-matched sibling, >20 y (N=1,408) 70 70 60 Unrelated, ≤20 y (N=562) 60 50 Unrelated, >20 y (N=532) 50 40 40 30 30 20 20 10 10 P < 0.0001 0 0 0 1 2 3 4 5 6 Years Slide 41 SUM10_48.ppt PHA response Umoral recovery Prelievo Midollo osseo PRELIEVO CELLULE STAMINALI EMATOPOIETICHE DAL DONATORE Raccolta Cellule Staminali Periferiche Chemioterapia Immunosoppressori + / - TBI Cordone Ombelicale TERAPIA DI SUPPORTO PROFILASSI TERAPIA INFEZIONI REGIME di CONDIZIONAMENTO: EFFETTO SPAZIO IMMUNOSOPPRESSIONE EFFETTO ANTI-LEUCEMICO INFUSIONE CSE PROFILASSI TERAPIA GVHD RICOSTITUZIONE EMATOLOGICA IMMUNOLOGICA Cornelissen JJ & Lowenberg B ASH 2005 ALL-CR1 Cornelissen JJ, et al, Blood 2009 PROBABILITY OF LEUKEMIA RELAPSE AFTER ALLOGENEIC HSCT BY DONOR Storb, ASH 2001 Schema di Trapianto Allogenico PAZIENTE CONDIZIONATO TRAPIANTO CD34+ Cellule leucemiche precursori emopoietici normali cellule immunitarie mature T-Linfociti B-Linfociti GvL RIGETTO MC malattia minima residua GVHR T-linfociti GvHD CD34+ MC sistema immune residuo emopoiesi normale residua Trapianto Allogenico I linfociti T del donatore sono responsabili dei tre maggiori effetti biologici: – Attecchimento – Graft versus Leukemia Effect – Graft versus Host Disease RIC HLA-identical transplant Chimerism analysis of a patient using primers M551 and 33.6 Posttransplant samples were sorted into myeloid cells (M) and T cells (T) on days 56,70,100 Donor T-cell engraftment donor myeloid engraftment Childs R et al Blood 94, 3234, 1999 HSCT after Reduced Intensity Condition (RIC) GvL effect and GvHD Epithelium GvHD Immunosuppressive treatment Hematopoietic cells Leukemia GvL Sociè et al, NEJM 1999 Regimen-related morbidity: Severe mucositis VOD of liver Hemorrhage T-cell alloreactivity T-cell related GvHR Hypothesis: less GvHR Co-morbidity less TRM Bilancia Immunologica Donatore-Ricevente Trapianto di Cellule Staminali Non manipolate (con T linfociti) Trapianto di Cellule Staminali Manipolate (senza T linfociti) CD34 CD34 T CD34 CD34 CD34 CD34 T T T T Donatore Ruolo cruciale del condizionamento Ruolo marginale del condizionamento T CD34 CD34 CD34 T Ricevente GvHD Reazione Donatore contro Ricevente T T CD34 CD34 CD34 T T T T T CD34 Ricevente Donatore Rigetto Reazione Ricevente contro Donatore HSCT Program University of Perugia Role of the Conditioning regimen in T-cell depleted HLA-identical HSCT Conditioning Center 14.4 HFTBI, TT, CY, ATG Perugia, I 13.75-15 Gy HFTBI, CY MSKCC, NY 15 HFTBI, TT, CY, ATG MSKCC, NY 14.4 HFTBI, TT, CY, ATG Perugia, I 14.4 HFTBI / 8 sTBI, TT, FLUDARA, ATG Perugia, I ATG source: Equine 1985-1992 Rabbit 1993 Disease CML post-Tx Rejection GvHD No 5% No 16% 11% Young, Blood 1992 ATG/PDN 0% 0% Papadopoulos, Blood 1998 AML,ALL No 0% 0% Aversa, JCO 1999 AML,ALL CML, MM No 0% 0% Aversa,2004 unpublished AML,ALL AML 5% References Aversa, BMT 1991 T-Cell-Depleted HLA-Matched Bone Marrow Transplantation in Acute Leukemia Adult Patients SBA agglutinin Conditioning: 14.4 HFTBI, CY, ATG, TT Inoculum: SBA-/EN- bone marrow cells No Post-transplant immunosuppression E-rosetting Graft rejection 0%; GvHD 0% SBA agglutin ation Disease-free Survival 74% Leukemia Relapse 79 59 36 14 33 28 12 % Aversa F. et al. JCO 1999;17:1545 T-cell-depleted HLA-matched Bone Marrow Transplantation in acute myeloid leukemia adult patients Disease-free Survival Relapse Papadopoulos et al. Blood 1998;91:1083 queste esperienze dimostrano che: • Rigetto e Recidiva Leucemica dopo Tdeplezione possono essere prevenuti con modifiche al regime di condizionamento ed evitando la ciclosporina dopo il trapianto PROBABILITA’ di AVERE UN DONATORE Madre No DONATORE FAMILIARE IDENTICO Figli Padre PROBABILITA’ DI AVERE UN DONATORE DONATORE ALTERNATIVO COMPATIBILE No DONATORE Non-parente (Registro Donatori volontari) Non-parente (Banca del Cordone) Limiti FRATELLO/SORELLA IDENTICI 20%-30% Compatibilità Tempi di ricerca (2-6 mesi) Rifiuto donatore Compatibilità Quantità di cellule Unrelated Cord Blood Transplant Engraftment by: Stem cell source HLA matching Rocha NEJM 2004 Neutrophils Platelets Laughlin, NEJM 2004 Survival by cell dose CD34 >1.2 x 105/kg CD34 <1.2 x 105/kg Laughlin et al NEJM 2001 Sopravvivenza dopo trapianto da donatore HLA-identico famigliare (n=226) e non (n=358) in pazienti con Leucemia Acuta alto rischio Gupta V. et al.Blood 2010 Tempo di ricerca Tempo di Tempo di ricerca ricerca media Test di compatibilità finale: media Trapianto: mediana mediana 260 200 giorni 220 180 160 140 100 60 2000 2001 2002 2003 2004 2005 IBMDR 2006 PROBABILITA’ DI AVERE UN DONATORE DONATORE ALTERNATIVO COMPATIBILE No DONATORE Non-parente (Registro Donatori volontari) Non-parente (Banca del Cordone) Limiti FRATELLO/SORELLA IDENTICI 20%-30% Compatibilità Tempi di ricerca (2-6 mesi) Rifiuto donatore Compatibilità Quantità di cellule DONATORE ALTERNATIVO INCOMPATIBILE Qualsiasi Famigliare (~100% dei pazienti) Donatore Famigliare Incompatibile Vantaggi • IMMEDIATAMENTE disponibile per tutti i pazienti in attesa di trapianto • Scelta tra genitori, figli, zii, cugini, ecc • Impiego di altro donatore in caso di – Rigetto del primo – Scarsa raccolta di cellule • Possibilità di infondere anche a distanza di anni altre cellule staminali o linfociti (vaccino) PROBLEMI DEL TRAPIANTO DA DONATORE FAMIGLIARE INCOMPATIBILE PER UN APLOTIPO GVHD DONATORE RICEVENTE A1 A3 A1 A24 B7 B51 B7 B60 DR4 DR7 DR4 DR5 RIGETTO OBSTACLES IN FULL HAPLOTYPE MISMATCHED HSCT Unmanipulated BMT Haplo 3 loci mismatched High incidence of severe GvHD* *mediated by high frequency anti-host alloreactiveT cells in unmanipulated grafts Beatty et al. NEJM 1985;313:765 OBSTACLES IN FULL HAPLOTYPE MISMATCHED HSCT T-depleted BMT High incidence of graft rejection* Overcoming rejection by enhancing immuno-myeloablation Conditioning Author, years Rejection HFTBI + CY O’Reilly et al, 1985 High TBI + ARAC + CY Bordoch et al, 1985 High TBI + anti-T MoAb Arthur et al, 1987 High HFTBI + TT + CY + ATG Aversa et al, 1988 High TBI + TLI Soiffers et al, 1991 High sTBI + TT + CY + ATG Aversa et al, 1992 High *mediated by residual anti-donor CTL-p’s surviving conditioning The dilemma was how to ensure engraftment without causing GvHD T-cell depleted Mismatched HSC Transplants Effect of Cell Dose on Survival and Chimerism in Mice TBI : 8 Gy TBI : 9 Gy 100 90 80 Survival (%) 70 60 50 40 30 20 10 0 0 Reisner and Coll 1 2 4 6 7 8 10 15 1 T-cell depleted HSCs ( x 2 106) 4 5 6 7 donor host Veto cells • Purified CD34+ cells, when added to bulk MLRs, suppress CTLs against donor’s stimulators but not against stimulators from a third party. Their veto activity is based on apoptosis mediated by TNF-alpha Y. Reisner and Coll, Ann. N.Y. Acad. Sci. 1044: 70–83 (2005). Immune modulation in vivo by megadose CD34 transplants DONOR CD34+ Myeloid cells CD33+ HOST CTL-p’s Veto* (Apoptosis) Conditioning Regimen 7 days APC *Rachamin et al. Transplantation 1998 *Gur et al. Blood 2002; 2005 Anti-donor CTLs “Megadose” stem cell transplant Donor mobilization G-CSF 12 µg/kg/die Leukapheresis x 4 consecutive days Negative or Positive Selection of CD34+ cells CD34+ cells (≥ 10 x 106/kg) CD34 CD34++ ++ CD34 CD34 + CD34 CD34+ ++ CD34 CD34CD34 CD34++ CD34 CD34++ CD34 CD34++ CD3 CD3++ CD3 CD3++ Extensive T-cell Depletion (CD3 ≤ 1 x 104/kg) MANIPOLAZIONE CELLULE STAMINALI CD34+ selection (CEPRATE SC) 1995-1998 1993-1995 E-rosetting SBA agglutination °Aversa et al. NEJM 1999 + E-rosetting CliniMacs 1999 CD34+ 12 x 106/kg CD3+ 1 x 104/kg CD20* 4 x 104/kg One Step CD34+ Cell Selection ^Aversa et al. JCO 2005 *Aversa et al Blood 1994 Median infused cells Engraftment GvHD N=196* 100 90 80 Aversa F. et al., N Engl J Med 1998;339:1186-1193 70 Aversa F. et al., J Cln Oncol 2005;23:3447-3454 60 50 92% 98% No post-transplant immunosuppression 40 30 20 2% 3% 10 0 Primary Overall Acute Chronic SOPRAVVIVENZA IN PAZIENTI CON LEUCEMIA ACUTA ALTO RISCHIO DOPO TRAPIANTO INCOMPATIBILE CR 1 (n=34) 50% CR ≥ 2 (n=49) 35% DOPO CHEMIOTERAPIA Byrd JC.Blood 2002,100:4325-4336 Aversa F. et al., Blood 1994; 84:3948-3955 Aversa F. et al., N Engl J Med 1998;339:1186-1193 Aversa F. et al., J Cln Oncol. 2005;23:3447-3454 Dal trapianto aploidentico Nuove acquisizioni biologiche Post-transplant generation of alloreactive NK repertoire NK repertoire Host targets High-intensity conditioning cells/cmm 600 CD16 400 KIR2DL1 HLA-C group 1 Cw2/Cw4 KIR2DL 2/3 Missing self KIR3DL1 HLA-Bw4 CD8 200 CD4 0 0 50 100150200 Stem Stem Stem Stem TT cell cell Stem Stem Stem Stem Stem Stem Stem Stem Stem Stem Stem Stem Stem Stem Stem Stem Stem Stem Mega-dose stem cells from “allo NK” donor No post-transplant immune suppression Ruggeri et al., Blood 1999 Donor vs recipient NK cell alloreactivity in HLA haplotype-mismatched transplants Self HLA HLA-C group 2 Cw2 HLA-C group 1 Cw1 NK cell Host targets KIR2DL1 HLA-C group 2 Cw2 KIR2DL 2/3 HaploMismatch + HLA-C group 2 KIR Ligand Cw4 Mismatch = HLA-Bw4 HLA-A3/A11 KIR3DL1 KIR3DL2 HLA-Bw4 Lysis! HLA-A3/A11 Ruggeri et al. Science 2002 1.0 B Relapse, EFS and NK-cell alloreactivity in AML LEUKEMIA Any remission 1.0 EVENT-FREE SURVIVAL Cumulative incidence RELAPSE 0.8 0.8 NK alloreactive (n=32) 0.6 0.6 67% Non-NK alloreactive (n=31) 0.4 47% 0.4 0.2 P = 0.003 0.2 P = 0.04 Non-NK alloreactive (n=32) NK alloreactive (n=30) 3% 0.0 0.0 0 2 4 6 Years 8 10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Years Ruggeri et al., Science 2002; Blood 2007; Stern et al., Blood 2008 Patients = 118 Years of study 1993-2006 years Blood 2008 Algoritmo per pazienti con indicazione al TMO Chemioterapia di Induzione Test HLA No Donatore Famigliare identico Famigliare HLA-identico TMO Ricerca donatore Alternativo (2 mesi) Well-matched MUD No well-matched Cordone Aplo
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