Elisa Cannizzo - Luigi Del Vecchio - Massimo Geuna. Raccomandazioni per la caratterizzazione citometrica dell Emoglobinuria Parossistica Notturna

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1 Elisa Cannizzo - Luigi Del Vecchio - Massimo Geuna Raccomandazioni per la caratterizzazione citometrica dell Emoglobinuria Parossistica Notturna

2 Elisa Cannizzo Dip. di Oncologia, dei Trapianti e delle Nuove Tecnologie in Medicina, Università di Pisa Unità Operativa analisi chimico cliniche, Ospedale Campo di Marte, ASL 2 Lucca Luigi Del Vecchio Istituto CEINGE - Biotecnologie Avanzate, Napoli Massimo Geuna Dip. di Patologia, Lab. di Immunopatologia, Ospedale Mauriziano Umberto I, Torino (I tre Autori costituiscono il Gruppo di Studio CLONEPnh per la compilazione di queste raccomandazioni) 2012 Healthcom-munication via Carlo Poma, Milano Tel Fax info@mdemmedi.com Editing e impaginazione: emmedi s.r.l. Stampa: Cromografica Europea Srl viale dei Fontanili 69/ Rho (Milano) I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica, di riproduzione e di adattamento totale o parziale con qualsiasi mezzo, compresi i microfilm e le copie fotostatiche sono riservati per tutti i Paesi. Edizione limitata per Solaris CRO - Fuori commercio Vietata la vendita Prima edizione: gennaio 2012

3 Premessa Nonostante la citometria a flusso sia considerato il metodo standard per l identificazione dei deficit di proteine GPIlinked, ad oggi non esistono raccomandazioni metodologiche prodotte da gruppi di studio italiani. In questo documento presentiamo un lavoro di ricerca di consenso tra specialisti italiani coinvolti nei processi diagnostici dell Emoglobinuria Parossistica Notturna (EPN, in inglese PNH), che rappresenta un tentativo di individuare le tappe critiche ed i principali passaggi necessari per identificare un Clone PNH.

4 Sommario Principi generali... 3 Emoglobinuria Parossisitica Notturna e Clone PNH... 3 La PNH e l ancora GPI... 3 Caratterizzazione della PNH... 3 In quali pazienti eseguire il test citometrico... 5 A che cosa serve il test citometrico... 5 Descrizione del metodo... Fase preanalitica... Fase analitica... Quali cellule... Quale sensibilità... Passaggi operativi per caratterizzare i granulociti neutrofili... Passaggi operativi per caratterizzare i monociti... Passaggi operativi per caratterizzare i globuli rossi... Pannelli consigliati per una corretta analisi dei Cloni PNH... Refertazione del test citometrico... Quali dati inserire nel referto... La diagnosi citometrica... Monitoraggio del clone nel tempo... L evoluzione del clone Letteratura consigliata... 20

5 Principi generali Emoglobinuria Parossisitica Notturna e Clone PNH La PNH e l ancora GPI L Emoglobinuria Parossistica Notturna è un disordine ematologico acquisito, derivante dall espansione non maligna di una o più cellule staminali ematopoietiche che hanno subìto una mutazione a carico del gene PIG-A, presente sul cromosoma X. La proteina codificata dal gene PIG-A è un enzima essenziale per la sintesi del glicosil-fosfatidil-inositolo (GPI), molecola che a sua volta funge da sistema di ancoraggio per numerose proteine presenti sulla superficie cellulare. Come conseguenza della mutazione, le cellule staminali colpite e la loro progenie esprimono difetti totali o parziali delle proteine ancorate alla membrana mediante il GPI (dette proteine GPI-linked). Caratterizzazione della PNH Dal punto di vista ematologico, un Clone PNH è l insieme di cellule derivate da una singola cellula staminale che ha subìto una mutazione nel gene PIG-A. Dal punto di vista citometrico, un Clone PNH è l insieme di cellule che vengono identificate da un deficit di espressione di almeno due proteine GPI-linked (oppure da un deficit dell ancora GPI e di una proteina GPI-linked), su almeno due popolazioni cellulari. È importante ricordare poi alcuni concetti fondamentali: nello stesso paziente può essere presente un solo Clone PNH (evenienza più frequente) o due cloni (più raramente); l identificazione del Clone PNH si ottiene osservando l istogramma di fluorescenza relativo all espressione delle singole proteine GPI-linked: le molecole non espresse, o espresse in modo chiaramente difettivo, testimoniano la presenza del clone (Figura 1). Nel 2005 è stato proposto dall International PNH Interest Group (I-PIG) uno schema classificativo della PNH, che prevede tre principali categorie di malattia (Tabella 1). Tipico istogramma citometrico relativo all espressione di CD59 sugli eritrociti di un paziente affetto da PNH. Figura 1 Notare la chiara distribuzione bimodale del picco, in cui si apprezza, a destra, una popolazione che esprime l antigene ad alta densità (cellule normali) e a sinistra una popolazione nettamente difettiva per l antigene (cellule PNH). In alcuni casi è possibile la presenza di un picco intermedio, che testimonia l esistenza di un secondo clone, e dunque di una seconda mutazione. Classificazione clinico-citometrica della PNH. Tabella 1 Tipo Emolisi intravascolare Stato del midollo osseo Dimensione del clone PNH PNH classica Florida: emoglobinuria macroscopica Midollo iper- o normo-cellulato con iperplasia eritroide; alterazioni morfologiche lievi o assenti Grande, usualmente >50% PNH nel contesto di un altra patologia con insufficienza midollare (es. anemia aplastica) Da lieve a moderata: emoglobinuria macroscopica intermittente o assente Evidente insufficienza midollare Variabile, usualmente <30% PNH subclinica, nel contesto di un altra patologia con insufficienza midollare (es. anemia aplastica) Assenza di emolisi/emoglobinuria sia clinica che biochimica Evidente insufficienza midollare Piccola, usualmente <1% 3

6 Lo scopo di questa classificazione è duplice: innanzitutto fornire una terminologia adatta a descrivere i differenti livelli di presentazione della malattia; in secondo luogo far comprendere che la presenza del Clone PNH è il requisito indispensabile sul quale costruire una diagnosi di PNH, ma che da sola essa non consente di formulare una diagnosi clinica definitiva in assenza di informazioni come l emolisi e la presenza di insufficienza midollare. Caratterizzazione citometrica della PNH L obiettivo della caratterizzazione citometrica di un paziente con sospetta PNH è quindi l identificazione di uno o, meno frequentemente, più Cloni PNH. Le principali molecole GPI-linked presenti sulle cellule ematopoietiche e potenzialmente utilizzabili nella caratterizzazione fenotipica del sangue periferico in un paziente con PNH sono riportate nella Tabella 2. Da sottolineare che nella Tabella 2 non sono stati inclusi i linfociti né le piastrine in quanto privi di valore diagnostico. Principali molecole da identificare per un accurata identificazione del Clone PNH. Tabella 2 Cellule Molecole Reagenti citati dalla letteratura (nel caso degli anticorpi monoclonali è riportato il nome del clone) Globuli rossi CD59 MEM-43, P282E, p282 [H19], VJ1/12.2 Granulociti neutrofili CD24 ALB9, ML5 Monociti CD14 MFP9, RMO52, Granulociti neutrofili e Monociti Ancora GPI FLAER Tra le molecole alternative, che non sono suggerite dalla Tabella 2, ma che sono ancora oggi riportate largamente in letteratura, ricordiamo CD55 per i globuli rossi, CD16 e CD66b per i granulociti, CD48 e CD55 per i monociti. La scelta del clone anticorpale da utilizzare come reagente per svelare la presenza di una proteina GPI-linked è molto importante come mostrato in Figura 2. Nella Figura 2 si introduce anche la nomenclatura per definire cellule normali e cellule di derivazione clonale nella PNH: la sigla PNH-I indica le cellule normali; la sigla PNH-III indica le cellule francamente patologiche (ossia totalmente difettive per l ancora GPI); la sigla PNH-II indica le cellule con un espressione intermedia dell ancora, che fanno parte, ove presenti, di un secondo clone, portatore di una seconda mutazione. Suggeriamo di quantificare la quota PNH II solo in presenza di un chiaro picco intermedio; sebbene il picco PNH-II sia sostenuto da una mutazione diversa, le dimensioni globali della componente clonale saranno il risultato della somma di PNH-II e PNH-III. Nei casi riportati nella Figura 2, in realtà l area PNH-II delimita, più che un vero e proprio picco, un plateau di passaggio fra PNH-III e PNH-I. Pur essendo dedicata agli anticorpi monoclonali, la Tabella 2 contiene il suggerimento di usare il FLAER (Fluorescent Aerolysin) come sistema indicatore della presenza o assenza dell ancora GPI; si tratta di una tossina Reattività di differenti cloni anticorpali rivolti contro il CD59, coniugati con lo stesso fluorocromo (PE). Figura 2 Si noti quanto i cloni VJ1/12.2 e MEM-43 offrano una risoluzione del segnale positivo (PNH-I) dal negativo (PNH-III) perfetta. In questo caso si nota l assenza di un picco PNH-II. A B 4

7 batterica inattivata, che ha l interessante proprietà di legarsi all ancora di GPI, e dunque è un validissimo reagente capace di identificare in un sol colpo la presenza o l assenza di tutte le molecole GPI-linked. Purtroppo questa molecola non è utilizzabile sui globuli rossi, in quanto essi sono sprovvisti dell enzima indispensabile per attivare la funzione di legame dell aerolisina. È da considerare come reagente di riferimento per la ricerca citometrica di un Clone PNH in granulociti e monociti. Grazie alla sua sensibilità, consente di identificare cloni di piccole dimensioni. Nelle mielodisplasie, condizioni in cui già di per sé possono mancare molecole GPI-linked, il FLAER permette di identificare con certezza la presenza di un Clone PNH. La popolazione PNH-II è più facilmente rilevabile, ove presente, sui globuli rossi, sebbene l introduzione del FLAER potrà permettere di evidenziare anche la componente granulocitaria del Clone PNH-II. Nella Figura 3 è mostrato un tipico istogramma della reazione del FLAER con i granulociti neutrofili, in un paziente con PNH. Come si può osservare, è presente una minoranza di cellule normali, FLAER-positive, accanto ad una maggioranza di cellule PNH, FLAER-negative. Tipico istogramma citometrico relativo all espressione dell ancora GPI (visualizzata mediante il reagente FLAER) sui granulociti neutrofili, in un paziente affetto da PNH. Figura 3 Notare, a destra, la popolazione dei neutrofili normali (PNH-I), e (a sinistra) la popolazione dei neutrofili completamente difettivi per l ancora GPI (PNH-III). Lo spazio presente al centro, fra i due picchi, può ospitare, in alcuni pazienti, un altra popolazione, detta PNH-II, caratterizzata da un difetto parziale dell ancora. Ove presenti simultaneamente, le popolazioni PNH-III e PNH- II testimoniano la coesistenza di due Cloni PNH. In questa figura manca il Clone PNH-II. In quali pazienti eseguire il test citometrico Il test citofluorimetrico per la PNH dovrebbe essere considerato un test di screening nelle seguenti situazioni: nelle anemie aplastiche; nelle anemie emolitiche Coombs-negative; in pazienti con emoglobinuria macroscopica o biochimicamente rilevabile; in tutti i casi di insufficienza midollare di citopenia idiopatica; nelle citopenia refrattarie con displasia unilineare o multilineare; nei casi di trombosi (arteriose o venose) in sedi atipiche, come ad esempio la sindrome di Budd-Chiari, le trombosi intra-addominali (vene mesenteriche e porta), le trombosi delle vene cerebrali. Il test citofluorimetrico per la PNH va considerato nelle seguenti situazioni di follow-up: per il monitoraggio della PNH florida, classica; per il monitoraggio dei Cloni PNH nell Anemia Aplastica e nelle sindromi mielodisplasiche. A che cosa serve il test citometrico Il test citometrico rappresenta l esame gold-standard nell identificare un Clone PNH, caratterizzato dall assenza (totale o parziale) delle molecole GPI-linked. L identificazione del Clone PNH rappresenta il requisito indispensabile per la diagnosi di PNH. In assenza di un clone documentato, non è possibile porre diagnosi di PNH. Tuttavia, in presenza del clone, vanno prese in considerazione le tre possibili condizioni riportate in Tabella 1. Quale cut-off utilizzare Al momento non esistono cut-off points per separare le tre entità cliniche riportate nella Tabella 1, che pertanto vengono distinte, data come prerequisito l esistenza del clone, sulla base della presenza dell emolisi/emoglobinuria e presenza dell insufficienza midollare. 5

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9 Descrizione del metodo Fase preanalitica 1. Informazioni rilevanti sul paziente che ci accingiamo a studiare a. se ha ricevuto trasfusioni o ha presentato episodi emolitici recenti; b. se il paziente è alla diagnosi o in corso di monitoraggio; c. i valori dell emocromo funzionali all analisi citometrica (numero assoluto di eritrociti, granulociti neutrofili e monociti); d. eventuali terapie specifiche in corso. 2. Caratteristiche del campione a. prelievo di 3-4 ml di sangue periferico in eparina o EDTA o ACD; [nota: non deve essere utilizzato il sangue midollare, in quanto la presenza di cellule immature a fenotipo complesso può costituire un elemento fuorviante. Un test citometrico per la PNH deve essere semplice e riproducibile, e dunque il sangue periferico è il tessuto ideale su cui lavorare.] b. il test va eseguito possibilmente entro le 24 ore. [nota: in casi particolari (paziente distante, richieste di consulenza) al massimo entro 48 ore.] Fase analitica Quali cellule Il test di base va eseguito sui granulociti neutrofili e sugli eritrociti; in caso di presenza del clone, l analisi va estesa ai monociti, che costituiscono anche un test di conferma, all interno dei leucociti. Quale sensibilità La preparazione dei campioni deve essere eseguita in relazione al livello di sensibilità che si desidera ottenere; defininiamo 3 livelli di sensibilità della tecnica: bassa (limite di sensibilità 1%, ossia una cellula PNH su 100 cellule normali); media (limite di sensibilità 0,1%, ossia una cellula PNH su cellule normali); alta (limite di sensibilità 0,01%, ossia una cellula PNH su cellule normali). In teoria, acquisendo elevati numeri di cellule ed in particolari condizioni di ottimizzazione della lettura citometrica, è possibile scendere al di sotto di questa soglia. Tuttavia, l identificazione di cloni inferiori a 10-4 è priva, al momento, di significato clinico e non va segnalata. Quello che cambia nelle tre metodologie è il numero di cellule che devono essere acquisite al citometro nello specifico gate. Per ottenere un alta sensibilità bisogna acquisire cellule con un elevata numerosità, e ciò è possibile solo per alcune popolazioni cellulari: eritrociti e, nei casi non marcatamente citopenici, granulociti; difficilmente per i monociti saranno possibili rilevazioni ad alta sensibilità. Il numero minimo di eventi da acquisire al citometro nel gate specifico, per ciascun livello di sensibilità, è definito dal numero minimo di eventi che consente di individuare un cluster di cellule patologiche (PNH) pari o superiore a 30 (valore che è ritenuto il numero minimo di cellule che definisce un cluster significativo). Ad esempio: per identificare una popolazione PNH pari all 1% avremo bisogno di acquisire almeno eventi nel gate (30x100 = 3.000). Allo stesso modo, per identificare una popolazione PNH pari allo 0,01% avremo bisogno di acquisire almeno eventi nel gate (30x = ). 7

10 In presenza di situazioni borderline (es. un cluster di 29 cellule PNH su eventi acquisiti nel gate), il clone va refertato come assente. In presenza di analoghe situazioni borderline, in cui però il target di eventi acquisiti non è stato raggiunto (es. un cluster di 29 cellule su eventi acquisiti nel gate), l esame, pur essendo suggestivo per la presenza di un clone pari a 10-4, deve essere refertato come non conclusivo e ripetuto in occasione del successivo prelievo ematico. Come già detto, per i monociti è pressoché impossibile acquisire il numero di eventi richiesti per una determinazione ad alta sensibilità. Nelle citopenie più marcate è virtualmente impossibile acquisire il numero richiesto per l alta sensibilità anche per i granulociti. Al contrario, per gli eritrociti è sempre possibile una determinazione ad alta sensibilità. La popolazione che meglio riflette le dimensioni del Clone PNH è quella dei granulociti, in quanto gli eritrociti PNH possono risultare sottostimati a causa di eventuali emotrasfusioni ricevute o della presenza di emolisi intravascolare (vedi fase preanalitica). Applicando i tre diversi approcci di sensibilità a quanto indicato in Tabella 1 si ottiene che una PNH classica, caratterizzata dall espansione di un Clone PNH al di sopra del 50%, può essere identificata utilizzando la tecnica a bassa sensibilità, mentre una PNH subclinica, in cui il Clone PNH è generalmente minore dell 1%, richiede una tecnica maggiormente sensibile. Risulta ovvio che le sensibilità indicate sono quelle a cui tendere nell analisi: si potrebbe infatti non arrivare alle sensibilità indicate a causa della scarsa cellularità dei campioni, come ad esempio nelle citopenie marcate. Sensibilità da utilizzare nei vari sospetti diagnostici. Tabella 3 Sospetto Anemia Aplastica Citopenia Idiopatica Insufficienza midollare Sindrome Mielodisplastica (MDS) Anemia Emolitica (Coombs-negativa) Emoglobinuria Trombosi AA/VV in sedi atipiche Linea Cellulare Monociti Granulociti Eritrociti Bassa/Media Media/Alta Alta Bassa/Media Media Media Sospetto non dichiarato Bassa/Media Media Media Esempio 1: livelli di sensibilità nell analisi dei granulociti Poniamo il caso di un paziente che presenti, nel sangue periferico, 10 3 granulociti/µl: 1. Sensibilità dell 1%. Eseguendo un test standard, ossia utilizzando 50µl di sangue periferico e marcandoli con anticorpi monoclonali, abbiamo a disposizione potenzialmente granulociti. Considerando che la tecnica suggerita prevede un lavaggio in PBS, il valore di è solo teorico, in quanto bisogna considerare i granulociti persi con il lavaggio (approssimativamente il 50%). Nonostante ciò, è estremamente semplice raggiungere il target di eventi nel gate granulocitario. 2. Sensibilità dello 0,1%. Per acquisire eventi nel gate sarà necessario allestire n.1 tubo contenente 100μl di sangue periferico, oppure n.2 tubi, ciascuno contenente la quantità standard di 50µl di sangue periferico. In tal modo la disponibilità cellulare teorica sarà di granulociti neutrofili. Dopo il lavaggio saranno ancora disponibili granulociti neutrofili. Di questi, dovranno essere acquisiti nel gate. Ovviamente, prima dell acquisizione, qualora si fossero utilizzati due distinti tubi di reazione, le cellule presenti nei due tubi, devono essere riunite in un unica provetta. 3. Sensibilità dello 0,01%. Per acquisire eventi sarà necessario allestire n.1 tubo (sufficientemente capiente per ospitare anche la soluzione di lisi) contenente 1ml di sangue periferico, oppure frazionare la reazione in un numero di tubi tale che ciascuno contenga la quantità di sangue periferico necessaria per raggiungere la quota di 1ml totale. (es. 5 tubi contenenti 200μl di sangue periferico). In tal modo la disponibilità cellulare teorica sarà di granulociti neutrofili. Dopo il lavaggio saranno ancora disponibili granulociti neutrofili. Di questi, dovranno essere inclusi nel gate. Ovviamente, prima dell acquisizione, qualora si fossero utilizzati diversi tubi di reazione, le cellule presenti nei distinti tubi, devono essere riunite in un unica provetta. Appare chiaro che, limitatamente ai granulociti neutrofili, una soglia di sensibilità dello 0,1% sembra facilmente raggiungibile, mentre quella dello 0,01% appare impegnativa. Più facile sarebbe stato se il nostro paziente avesse presentato non 10 3, ma 2x10 3 o 3x10 3 granulociti neutrofili/µl. 8

11 Tecniche a diversa sensibilità per l analisi di piccoli Cloni PNH all interno della popolazione di granulociti neutrofili. (nell esempio: paziente con 10 3 granulociti neutrofili/µl). Tabella 4 Sensibilità richiesta Numero minimo di granulociti neutrofili nel gate Numero minimo di granulociti neutrofili PNH Quantità di sangue periferico necessario Commento 1% µl Semplice 0,1% µl Facilmente raggiungibile 0,01% µl Impegnativa Esempio 2: livelli di sensibilità nell analisi degli eritrociti Poniamo il caso di un paziente che presenti, nel sangue periferico, 3x10 6 eritrociti/µl: 1. Sensibilità dell 1%. Eseguendo un test standard, ossia utilizzando 50µl di sangue periferico diluito 1:500 e marcando con anticorpi monoclonali, abbiamo a disposizione potenzialmente eritrociti. Considerato che la tecnica suggerita prevede un lavaggio in PBS, il valore di è solo teorico, in quanto bisogna considerare gli eritrociti persi con il lavaggio. Tuttavia, raggiungere il target di eventi nel gate eritrocitario è estremamente semplice. 2. Sensibilità dello 0,1%. Per avere invece eventi nel gate sarà necessario allestire n.1 tubo contenente la quantità standard di 50µl di sangue periferico diluito 1:500. In tal modo la disponibilità cellulare teorica sarà di eritrociti. Dopo il lavaggio saranno ancora disponibili almeno eritrociti. Di questi, dovranno essere inclusi nel gate. 3. Sensibilità dello 0,01%. Per avere eventi sarà necessario allestire n.1 tubo contenente 150μl di sospensione eritrocitaria precedentemente diluita 1:500. In tal modo la disponibilità cellulare teorica sarà di eritrociti. Dopo il lavaggio saranno ancora disponibili almeno eritrociti. Di questi, dovranno essere inclusi nel gate. Appare chiaro che, limitatamente agli eritrociti, tutte le soglie di sensibilità sembrano facilmente raggiungibili. Tecniche a diversa sensibilità per l analisi di piccoli Cloni PNH all interno della popolazione di eritrociti. (nell esempio: paziente con 3x10 6 eritrociti/µl). Tabella 5 Sensibilità richiesta Numero minimo di granulociti neutrofili nel gate Numero minimo di granulociti neutrofili PNH Quantità di sangue periferico necessario Commento 1% ,1% ,01% µl di sangue previamente diluito 1:500 50µl di sangue previamente diluito 1:500 I50µl di sangue previamente diluito 1:500 Semplice Semplice Facilmente raggiungibile 9

12 Passaggi operativi per caratterizzare i granulociti neutrofili 1. Risospendere accuratamente il campione di sangue prelevato al paziente. 2. Prelevare la quantità adeguata di sangue del paziente (vedi esempio 1, pagina 8) ed incubarla accuratamente in provette da citometria oppure di maggiori dimensioni ove indicato, evitando ogni difetto di mixing (Figura 4) fra campione e reagenti, con appropriate quantità di ogni anticorpo monoclonale o di FLAER. 3. Agitare sul vortex in modo da essere certi che nessuna frazione di campione sia esclusa dalla reazione. 4. Incubare per 30min a 4 C, al buio (è corretta anche l incubazione a TA, al buio). 5. Lisare miscelando l aliquota di sangue periferico con soluzione di cloruro di ammonio in rapporto di 1:20-1: Agitare sul vortex e lasciare lisare a temperatura ambiente per 10min. 7. Centrifugare a 2.000rpm per 3min in una centrifuga da banco. 8. Allontanare delicatamente il sovranatante (meglio se per aspirazione) e risospendere in μL di PBS, o comunque nella minima quantità di tampone idonea per la lettura al citometro. 9. Acquisire almeno eventi nel gate granulocitario, nella tecnica a sensibilità standard, nella tecnica a sensibilità intermedia e eventi nella tecnica ad alta sensibilità. Note Non sono necessari campioni normali di controllo. Non sono necessari controlli anticorpali isotipici. Un errore di mescolamento del sangue del paziente con gli anticorpi monoclonali può portare ad una falsa misura del Clone PNH, dovuta all esclusione di parte del campione dalla miscela di reazione. Figura 4 A B C D E F Il pannello A mostra come una parte del campione resti esclusa dalla reazione con gli anticorpi. I pannelli B e C mostrano la comparsa di un falso picco PNH, dovuto ad una mancanza di contatto fra cellule ed anticorpi. I pannelli D, E ed F mostrano la maniera corretta di svolgere il test, ponendo grande attenzione al mixing di cellule e reagenti. 10

13 Passaggi operativi per caratterizzare i monociti 1. Risospendere accuratamente il campione di sangue prelevato al paziente. 2. Prelevare 50µl del sangue del paziente e incubarli accuratamente in provette da citometria, evitando ogni difetto di mixing fra campione e reagenti, con appropriate quantità di ogni anticorpo monoclonale o di FLAER (Figura 5). 3. Agitare sul vortex in modo da essere certi che nessuna frazione di campione sia esclusa dalla reazione. 4. Incubare per 30min a 4 C, al buio (è corretta anche l incubazione a TA, al buio). 5. Lisare con 2mL di soluzione di cloruro di ammonio. 6. Agitare sul vortex e lasciare lisare a temperatura ambiente per 10min. 7. Centrifugare a 2.000rpm per 3min in una centrifuga da banco. 8. Allontanare delicatamente il sovranatante (meglio se per aspirazione) e risospendere in μL di PBS, o comunque nella minima quantità di tampone idonea per la lettura al citometro. 9. Acquisire almeno eventi nel gate, se possibile. Per i monociti non viene richiesta l alta sensibilità. Note Non sono necessari campioni normali di controllo. Non sono necessari controlli anticorpali isotipici. Un esempio di doppia marcatura dei monociti con anticorpo anti CD14 marcato in APC-Cy7 e con FLAER marcato con Alexa488. Figura 5 Una minoranza di cellule è positiva per CD14 e per FLAER. La grande maggioranza è negativa per CD14 e FLAER. Da notare la piccola popolazione FLAER+/CD14-, da considerare normale, data la ben nota caratteristica del CD14 di essere negativo su una piccolissima frazione di monociti periferici. Passaggi operativi per caratterizzare i globuli rossi Procedura standard 1. Diluire il campione di sangue periferico con PBS (1:500) per ottenere una sospensione di globuli rossi. 2. Prelevare 50μl della sospensione ottenuta ed incubarli accuratamente in provette da citometria, evitando ogni difetto di mixing (Figura 6) fra sospensione e reagenti, con appropriate quantità di ogni anticorpo monoclonale. 3. Agitare sul vortex in modo da essere certi che nessuna frazione di campione sia esclusa dalla reazione. 4. Incubare per 30min a 4 C, al buio (è corretta anche l incubazione a TA, al buio). 5. Lavare con 2mL di PBS a 2.000rpm per 3min in una centrifuga da banco. 6. Allontanare delicatamente il sovranatante (meglio se per aspirazione) e risospendere in μL di PBS, o comunque nella minima quantità di tampone idonea per la lettura al citometro. 7. Acquisire almeno eritrociti nel gate per la tecnica standard, per la tecnica a sensibilità intermedia, per la tecnica ad alta sensibilità. 11

14 Dimostrazione di come un errore di mescolamento del campione con i reagenti possa portare alla falsa identificazione di un Clone PNH. Il pannello C mostra una falsa popolazione PNH (vedi anche legenda in Figura 4). Figura 6 A B C D E F Procedura alternativa no wash Da utilizzare solo dopo aver verificato l accettabilità del segnale di background dei reagenti utilizzati ed eventualmente aver titolato i reagenti stessi. 1. Diluire il campione di sangue periferico con PBS (1:50) per ottenere una sospensione di globuli rossi. 2. Prelevare 10μl della sospensione ottenuta ed incubarli accuratamente in provette da citometria, evitando ogni difetto di mixing fra sospensione e reagenti, con appropriate quantità di ogni anticorpo monoclonale. 3. Agitare sul vortex in modo da essere certi che nessuna frazione di campione sia esclusa dalla reazione. 4. Incubare per 30min a 4 C, al buio (è corretta anche l incubazione a TA, al buio). 5. NON Lavare. 6. Risospendere in μL di PBS, o comunque nella minima quantità di tampone idonea per la lettura al citometro. 7. Acquisire almeno eritrociti nel gate per la tecnica standard, per la tecnica a sensibilità intermedia, per la tecnica ad alta sensibilità. Nota La tecnica no-wash presuppone che gli anticorpi utilizzati, pur in assenza di lavaggio, diano un segnale di fondo su cellule negative per l antigene accettabilmente basso. Non tutti gli anticorpi coniugati con fluorocromi hanno la capacità, in un sistema no-wash, di mostrare un alto segnale e un basso disturbo. Nel campo della PNH il sistema no-wash va preliminarmente testato su di un campione con PNH florida in cui il CD59 deve essere in grado di evidenziare, pur in assenza di lavaggio, la presenza di distinti picchi di fluorescenza relativi alle popolazioni normali e PNH. In un sistema no-wash sotto controllo la distanza in canali di fluorescenza tra il picco PNH-I ed il picco PNH-III deve essere sufficientemente ampia da poter ospitare, ove presente, un picco PNH-II. 12

15 Pannelli consigliati per una corretta analisi dei Cloni PNH Riportiamo nella seguente sequenza di tabelle, i pannelli di reagenti consigliati per una corretta diagnosi della PNH. Viene considerata la possibilità di disporre, nel proprio laboratorio, di un citofluorimetro da 3 a 7 parametri di fluorescenza (Tabelle 6-10 e Figure 7-10). Per isolare la popolazione da studiare, vengono utilizzati i marcatori cosiddetti di gating, cioè quei marcatori non legati all ancora GPI e quindi sempre espressi sia in assenza che in presenza del Clone PNH. Per la scelta dei fluorocromi valgono le regole generali di combinare i marcatori più deboli (es. CD33) con il fluorocromo più efficiente (es. R-PE). Pannello consigliato per un citofluorimetro a tre colori. Tabella 6 Linea cell. FL1 FL2 FL3 Strategia di gating Granulociti FLAER (CD66b) CD24 CD15 CD15 vs SSC FSC vs SSC Monociti FLAER CD33 CD14 CD33 vs SSC FSC vs SSC Eritrociti CD59 GPA CD45 FSC-log vs SSC-log GPA vs CD45 Pannello consigliato per un citofluorimetro a quattro colori. Tabella 7 Linea cell. FL1 FL2 FL3 FL4 Strategia di gating Granulociti FLAER (CD66b) CD24 CD15 CD33 CD15 vs CD33 FSC vs SSC Monociti FLAER CD33 CD14 CD45 CD45 vs SSC CD33 vs SSC FSC vs SSC Eritrociti CD59 GPA CD45 FSC-log vs SSC-log GPA vs SSC Pannello consigliato per un citofluorimetro a cinque colori. Tabella 8 Linea cell. FL1 FL2 FL3 FL4 FL5 Strategia di gating Granulociti e monociti FLAER (CD66b) CD24 CD15 CD33 CD14 CD15 vs CD33 FSC vs SSC (granulociti) CD45 vs SSC CD33 vs SSC FSC vs SSC (monociti) Eritrociti CD59 GPA CD45 FSC-log vs SSC-log GPA vs SSC Pannello consigliato per un citofluorimetro a sei colori. Tabella 9 Linea cell. FL1 FL2 FL3 FL4 FL5 FL6 Strategia di gating Granulociti e monociti FLAER (CD66b) CD24 CD15 CD33 CD14 CD45 CD15 vs CD33 CD45 vs SSC FSC vs SSC (granulociti) CD45 vs SSC CD33 vs SSC FSC vs SSC (monociti) Eritrociti CD59 GPA CD45 FSC-log vs SSC-log GPA vs SSC Pannello consigliato per un citofluorimetro a sette colori. Tabella 10 Linea cell. FL1 FL2 FL3 FL4 FL5 FL6 FL7 Strategia di gating Granulociti e monociti FLAER (CD66b) CD24 CD15 CD33 CD14 CD45 CD64 CD15 vs CD33 CD45 vs SSC FSC vs SSC (granulociti) CD45 vs SSC CD33 vs CD64 FSC vs SSC (monociti) Eritrociti CD59 GPA CD45 FSC-log vs SSC-log GPA vs SSC 13

16 Strategie di gating Strategia di gating da utilizzare per isolare i globuli rossi. Figura 7 Vengono consigliati, per un analisi standard, a bassa sensibilità, i parametri fisici (FSC-log e SSC-log). Nelle analisi in cui è richiesta un alta sensibilità (anemie aplastiche, mielodisplasie, in assenza di emoglobinuria) si consiglia di affiancare ai parametri fisici l uso del CD45 (i globuli rossi devono risultare 100% negativi) e della glicoforina A (GPA, che deve risultare 100% positiva). Strategia di gating da utilizzare per isolare i monociti. Figura 8 La più semplice strategia di gating per isolare i monociti: CD33 vs SSC. Si consiglia di perfezionare l identificazione dei monociti attraverso l uso dei parametri fisici FSC e SSC. Strategia di gating da utilizzare per isolare i granulociti. Figura 9 Per i granulociti, gli utilizzatori di questo panel dovrebbero utilizzare una strategia di gating a due colori (CD33 vs CD15), eventualmente perfezionata con i parametri fisici, che consentono di escludere con accuratezza gli eventi apoptotici o necrotici. Esempio di strategia a due colori (CD45 e CD33) per l identificazione dei monociti. Figura 10 A B 14

17 Refertazione del test citometrico Quali dati inserire nel referto I dati minimi ritenuti essenziali per una corretta interpretazione del referto citometrico da parte del clinico, e che quindi formano il set minimo di dati da fornire nel referto oltre alle informazioni sul paziente e sul campione, sono i seguenti: diagnosi citometrica con relativo commento indicativo; linee cellulari studiate nell analisi; numero di eventi nei gate specifici con indicazione del livello di sensibilità raggiunto; strategie di gating utilizzate; marcatori GPI-linked/molecole analizzate; % cellule negative (EPN III), % cellule parzialmente negative (EPN II), % cellule normali (EPN I) per ogni marcatore GPI-linked/molecola analizzata; dimensioni del clone (sommando EPN II + EPN III). Notare che nel referto si parla di popolazioni EPN I-II-III mentre nel testo di queste raccomandazioni esse sono state denominate PNH-I-II-III; questo per facilitare la lettura ad una utenza di clinici italiani. Sarebbe poi auspicabile, se tecnicamente possibile, inserire nel referto anche una figura con un citogramma caratteristico che meglio mostri i risultati dell analisi. La diagnosi citometrica Alla conclusione del test sono possibili quattro situazioni, da riportare fedelmente nel referto come diagnosi citometrica (non clinica) e relativo commento indicativo. 1. Clone EPN assente. L analisi citometrica non ha evidenziato la presenza di un clone indicativo di Emoglobinuria Parossistica Notturna. 2. Clone EPN rilevato. L analisi citometrica mostra la presenza di un Clone EPN [dire chiaramente in quali popolazioni il clone è stato identificato]. Questo risultato è compatibile con Emoglobinuria Parossistica Notturna. Le eventuali differenze di dimensioni del clone tra globuli bianchi e globuli rossi possono essere dovute a emolisi e/o trasfusioni. 3. Clone EPN di piccole dimensioni. L analisi citometrica mostra la presenza di un clone <1% di cellule EPN sulla popolazione di riferimento (granulociti). Tale risultato non è compatibile con una diagnosi di Emoglobinuria Parossistica Notturna florida e va interpretato alla luce del quadro clinico-laboratoristico e midollare del paziente (possibile EPN subclinica associata a disordine midollare, quale anemia aplastica o mielodisplasia). Si consiglia monitoraggio periodico. 4. Dati non conclusivi per uno dei seguenti motivi: a. eccessiva mortalità cellulare; b. scarsa cellularità; c. non idonea conservazione o anticoagulazione del campione. 15

18 Viene mostrato in questa figura un esempio di referto clinico in cui viene riportato il caso di un paziente in cui vi è la chiara presenza di un grosso Clone PNH. Figura 11 Si notino le indicazioni di: diagnosi citometrica con commento; sensibilità usata per la tecnica; strategia di gating utilizzata; % EPN-I, % EPN-II, % EPN-III; dimensione del clone (somma di EPN-II ed EPN-III). 16

19 Monitoraggio del Clone PNH nel tempo Nelle tre condizioni cliniche descritte nella Tabella 1, la citometria svolge un ruolo rilevante nel monitoraggio delle dimensioni del clone nel tempo. In genere, la ricerca e quantizzazione del Clone PNH deve essere ripetuta ogni 6 mesi. Il monitoraggio nel tempo ha la funzione di chiarire la storia naturale del clone. Per pazienti con evidenza clinica di emolisi (PNH classica oppure anemia aplastica/pnh) si raccomanda, alla diagnosi, di studiare sia gli eritrociti che i granulociti. Ottenuta la diagnosi, si raccomanda di ripetere l analisi ogni 6 mesi, per due anni, e poi annualmente se il quadro si stabilizza. Se c è evidenza di progressione clinica, o al contrario, di miglioramento, è indicato effettuare analisi più frequenti. Per pazienti con anemia aplastica o mielodisplasia senza evidenza di emolisi, alla diagnosi è indicato effettuare un analisi citometrica ad alta sensibilità su eritrociti e granulociti. Il test va ripetuto poi annualmente, anche in assenza di evidenza clinica di emolisi (compresi i pazienti in trattamento immunosoppressivo). L evoluzione del Clone PNH Rispetto al monitoraggio del clone nel tempo, sulla base del modello della dual pathogenesis, che prevede una condizione di insufficienza midollare sottostante/precedente all insorgenza del Clone PNH, sono state descritte cinque possibili tipologie di pazienti (Figura 12). a. Pazienti affetti da insufficienza midollare nei quali rapidamente insorge un Clone PNH che progressivamente si espande, risolvendo l insufficienza midollare. b. Pazienti affetti da insufficienza midollare duratura nei quali dopo lunga latenza insorge un Clone PNH che progressivamente si espande, risolvendo l insufficienza midollare. c. Pazienti affetti da insufficienza midollare nei quali insorge un Clone PNH che prima si espande, risolvendo l insufficienza midollare, e successivamente si estingue, riportando il paziente alla condizione esistente prima dell insorgenza del clone. d. Pazienti affetti da insufficienza midollare nei quali insorge un Clone PNH che prima si espande, risolvendo l insufficienza midollare, e successivamente si estingue. Fortunatamente, in parallelo all estinzione del clone, l emopoiesi normale riprende a ripopolare il midollo osseo, risolvendo il problema dell insufficienza midollare. e. Pazienti in corso di un insufficienza midollare, nei quali il Clone PNH resta a livelli minimi. 17

20 Possibili evoluzioni del Clone PNH Figura 12 Legenda Rosa = le cellule ematopoietiche normali Blu = il Clone PNH Rosa carico = area di sovrapposizione fra blu e rosa 18

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22 Letteratura consigliata 1. Parker C, Omine M, Richards S, Nishimura J, Bessler M, Ware R, Hillmen P, Luzzatto L, Young N, Kinoshita T, Rosse W, Socié G; International PNH Interest Group. Diagnosis and management of paroxysmal nocturnal hemoglobinuria. Blood Dec 1;106(12): Epub 2005 Jul Boccuni P, Del Vecchio L, Di Noto R, Rotoli B. Glycosyl phosphatidylinositol (GPI)-anchored molecules and the pathogenesis of paroxysmal nocturnal hemoglobinuria. Crit Rev Oncol Hematol Jan;33(1): Review. PubMed PMID: Battiwalla M, Hepgur M, Pan D, McCarthy PL, Ahluwalia MS, Camacho SH, Starostik P, Wallace PK. Multiparameter flow cytometry for the diagnosis and monitoring of small GPI-deficient cellular populations. Cytometry B Clin Cytom Sep;78(5): doi: /cyto.b Epub 2010 Jun 7. PubMed PMID: ; PubMed Central PMCID: PMC Borowitz MJ, Craig FE, Digiuseppe JA, Illingworth AJ, Rosse W, Sutherland DR, Wittwer CT, Richards SJ; Clinical Cytometry Society. Guidelines for the diagnosis and monitoring of paroxysmal nocturnal hemoglobinuria and related disorders by flow cytometry. Cytometry B Clin Cytom Jul;78(4): PubMed PMID: Sutherland DR, Kuek N, Azcona-Olivera J, Anderson T, Acton E, Barth D, Keeney M. Use of a FLAER-based WBC assay in the primary screening of PNH clones. Am J Clin Pathol Oct;132(4): PubMed PMID: Luzzatto L, Bessler M. The dual pathogenesis of paroxysmal nocturnal hemoglobinuria. Curr Opin Hematol Mar;3(2): Review. PMID: Li Y, Li X, Ge M, Shi J, Qian L, Zheng Y, Wang J. Long term follow-up of clonal evolution in 802 aplastic anemia patients: a single-center experience. Ann Hematol 2011;90: Pu JJ, Mukhina G, Wang H, Savage W, Brodsky RA. Natural history of paroxysmal nocturnal hemoglobinuria clones in patients presenting aplastic anemia. European Journal of Haematology 2011;87: Jankowska AM, Szpurka H, Calabro M, Mohan S, Schade AE, Clemente M, Silverstein RL, Maciejewski JP. Loss of expression of neutrophil proteinasi-3: a factor contributing to thrombotic risk in paroxysmal nocturnal hemoglobinuria. Haematologica 2011; 96(7):

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24 SOLARIS CRO divisione di emmedi s.r.l. Via Carlo Poma 1, Milano T F