Biologia, uso clinico delle cellule staminali ematopoietiche. Prospettive future. Prof. Franco Aversa

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1 Biologia, uso clinico delle cellule staminali ematopoietiche. Prospettive future Prof. Franco Aversa

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3 CD34 + Separatore cellulare

4 Prelievo Midollo osseo PRELIEVO CELLULE STAMINALI EMATOPOIETICHE DAL DONATORE Raccolta Cellule Staminali Periferiche Cordone Ombelicale Chemioterapia Immunosoppressori + / - TBI TERAPIA DI SUPPORTO PROFILASSI TERAPIA INFEZIONI PROFILASSI TERAPIA GVHD REGIME di CONDIZIONAMENTO: EFFETTO SPAZIO IMMUNOSOPPRESSIONE EFFETTO ANTI-LEUCEMICO INFUSIONE CSE RICOSTITUZIONE EMATOLOGICA IMMUNOLOGICA

5 Probability of Survival, % Results in severe aplastic anemia, ( ) HLA-matched sibling, 20 y (N=1,388) HLA-matched sibling, >20 y (N=1,408) P < Years Unrelated, 20 y (N=562) Unrelated, >20 y (N=532)

6 PHA response Umoral recovery

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8 Trapianto Allogenico I linfociti T del donatore sono responsabili dei tre maggiori effetti biologici: Attecchimento Graft versus Leukemia/Tumor Effect Graft versus Host Disease

9 Graft vs Host Disease Aggressione immunologica di tessuti del ricevente da parte dei Linfociti T del donatore che riconoscono differenze antigeniche del sistema HLA. Si manifesta in due forme, in genere associate e in sequenza Acuta (precoce entro 100 giorni dal TMO) Cronica (da 100 giorni a mesi dopo il TMO)

10 GvL effect and GvHD Epithelium Hematopoietic cells Leukemia GvHD Immunosuppressive treatment GvL

11 PROBABILITA di AVERE UN DONATORE No DONATORE Madre Padre FAMILIARE IDENTICO Figli

12 PROBABILITA DI AVERE UN DONATORE DONATORE ALTERNATIVO COMPATIBILE No DONATORE Non-parente (Registro Donatori volontari) Non-parente (Banca del Cordone) FRATELLO/SORELLA IDENTICI 20%-30%

13 Distribuzione donatori di CSE nel mondo (dati al 31-dic-2007) % Donatori utilizzati Donors Donatori Transplants Trapianti Volontari Tipizzati nei Registri >

14 Tempo necessario per identificazione donatore idoneo Tempo di ricerca Test di compatibilità finale: media mediana Trapianto: media mediana IBMDR 2006

15 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

16 CBT - State of the art Initial transplants in children, extended to adults >25,000 UCB transplants performed worldwide > 500,000 UCB donated to public storage banks 43 Banks in 28 countries Proportion of adult SCT increasing

17 Transplants by diagnoses Children Adults Acute leukemia BMF

18 Unrelated Cord Blood Transplant Engraftment Matched Units, Rocha NEJM 2004 Neutrophils Platelets Laughlin, NEJM 2004

19 Survival by cell dose CD34 >1.2 x 10 5 /kg CD34 <1.2 x 10 5 /kg Laughlin et al NEJM 2001

20 Intra Bone Marrow Injection reduces non specific SC losses, optimizes SC homing to the BM microenvironment

21 Come migliorare i risultati dell attecchimento Iniezione diretta intra-ossea Espansione ex vivo Coinfusione di cellule mesenchimali Coinfusione di due Unità cordonali Coinfusione di Aplo e CB

22 Complicanze donatori ( donatori EBMT) 1:100 lievi 1:1000 gravi 1: fatali: midollo: 1 / donazione periferiche: 4 / donazioni 0 / UD 5 / familiari

23 Analisi genetica paziente e famiglia mutazioni gene Munc13-4 C. G. 2 aa 627delT 403insC 627delT 627delT/403ins C SINDROME EMOFAGOCITICA PRIMITIVA o LINFOISTIOCITOSI EMOFAGOCITICA da doppia eterozigosi per mutazioni Munc13-4

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26 PROBABILITA DI AVERE UN DONATORE DONATORE ALTERNATIVO COMPATIBILE No DONATORE Non-parente (Registro Donatori volontari) Non-parente (Banca del Cordone) FRATELLO/SORELLA IDENTICI 20%-30% Limiti Compatibilità Tempi di ricerca (2-6 mesi) Rifiuto donatore Compatibilità Quantità di cellule No DLI post-tx DONATORE ALTERNATIVO INCOMPATIBILE Qualsiasi Famigliare (~100% dei pazienti)

27 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)

28 PROBLEMI DEL TRAPIANTO DA DONATORE FAMIGLIARE INCOMPATIBILE PER UN APLOTIPO GVHD A1 A3 A1 A24 B7 B51 B7 B60 DR4 DR7 DR4 DR5 RIGETTO

29 Immune modulation in vivo by megadose CD34 transplants GvHR Myeloid cells DONOR CD34+ HvGR CD33+ HOST CTL-p s Veto* (Apoptosis) Anti-donor CTLs Conditioning Regimen 7 days APC *Rachamin et al. Transplantation 1998 *Gur et al. Blood 2002

30 Megadose stem cell transplant Donor mobilization G-CSF 12 μg/kg/die Leukapheresis x 4 consecutive days CD34 + cells ( 10 x 10 6 /kg) CD34 + CD34 + CD34 + CD34 CD Negative or Positive Selection of CD34+ cells CD34 + CD3 + CD34 + CD3 + Extensive T-cell Depletion (CD3 1 x 10 4 /kg)

31 MANIPOLAZIONE CELLULE STAMINALI E-rosetting CD34 + selection (CEPRATE SC) SBA agglutination + E-rosetting 1999 One Step CD34 + Cell Selection CliniMacs Aversa et al. NEJM 1999 Median infused cells CD x 10 6 /kg CD3 + 1 x 10 4 /kg CD20* 4 x 10 4 /kg *Aversa et al Blood 1994 ^Aversa et al. JCO 2005

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33 Engraftment GvHD N= Aversa F. et al., N Engl J Med 1998;339: Aversa F. et al., J Cln Oncol 2005;23: % 98% No post-transplant immunosuppression 2% 3% 0 Primary Overall Acute Chronic

34 Dal trapianto aploidentico Nuove acquisizioni biologiche

35 Post-transplant generation of alloreactive NK repertoire cells/cmm High-intensity conditioning CD16 CD8 CD4 NK repertoire Host targets KIR2DL1 KIR2DL 2/3 HLA-C group 1 Cw2/Cw4 Missing self KIR3DL1 HLA-Bw4 Stem T cell 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

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37 Donor vs recipient NK cell alloreactivity in HLA haplotype-mismatched transplants Self HLA NK cell Host targets HLA-C group 2 Cw2 KIR2DL1 HLA-C group 2 Cw2 HLA-C group 1 Cw1 HLA-Bw4 KIR2DL 2/3 KIR3DL1 HLA-C group 2 Cw4 HLA-Bw4 HaploMismatch + KIR Ligand Mismatch = Lysis! HLA-A3/A11 KIR3DL2 HLA-A3/A11 Ruggeri et al. Science 2002

38 Cumulative incidence Ruggeri et al., Science 2002; Blood Fig. 2007; 3 Stern et al., Blood 2008 Relapse, EFS and NK-cell pse B alloreactivity in AML LEUKEMIA RELAPSE Any remission EVENT-FREE SURVIVAL NK alloreactive (n=32) 67% =30) 0.4 Non-NK alloreactive (n=31) 47% 0.4 P = ) 0.2 P = Non-NK alloreactive (n=32) 0.0 NK alloreactive (n=30) 3% Years Years

39 Patients = 118 Years of study years Blood 2008

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41 Algoritmo per pazienti candidati al TMO Chemioterapia di Induzione Famigliare HLA-identico Test HLA No Donatore Famigliare identico TMO Ricerca MUD/CB (2 mesi) Well-matched No well-matched MUD Cordone Aplo

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