Workshop Nanogen Advanced Diagnostics ELITech Group Il ruolo del Microbiologo Clinico nella gestione delle complicanze infettive nella donazione e nel trapianto d’organo solido e di cellule staminali Ricevente: strategie di controllo delle principali infezioni nel periodo post trapianto. Liliana Gabrielli UO UO di di Microbiologia, Microbiologia, Policlinico Policlinico S. S. Orsola Orsola Malpighi Malpighi,, Bologna Bologna L’esito positivo di un trapianto comporta: 1. l’attenta valutazione del potenziale donatore per escludere il rischio di trasmissione di patologie sia infettive che neoplastiche al ricevente. 2. il controllo nel ricevente dei due fattori che condizionano fortemente l’evoluzione clinica del trapianto, cioè il rigetto e le infezioni. Essi sono i due principali ostacoli al successo del trapianto, a breve e a lungo termine, e sono due processi intimamente associati e interdipendenti. Il rischio di infezione nel soggetto ricevente l’organo è determinato dall’interazione tra •l’esposizione a sorgenti infettive ambientali •lo stato funzionale del sistema immunitario è frutto di un complesso equilibrio tra diversi fattori Fattori che influenzano lo stato di immunocompromissione Paolo Grossi, Trends in Medicine 2002 Alterata risposta immunologica Terapia immunosoppressiva - tipo, dose e durata - sequenza temporale Neutropenia - terapia con azatioprina - terapia con micofenolato Integrità barriere muco-cutanee Ferite toraciche o addominali estese - tessuti devitalizzati - raccolte liquide Mucositi - HSV - Candida - farmaci Effetto immunomodulante di Cateteri venosi HCVM, HHV6, EBV o HCV centrali Altri accessi vascolari Immunodeficienza preCatereri vescicali esistente Tubi endotracheali - malattie autoimmuni - infezione da HIV Alterazioni metaboliche Malnutrizione Uremia Iperglicemia Alcoolismo con cirrosi Il tipo di infezione che colpisce il paziente sottoposto a trapianto è strettamente dipendente dal tempo trascorso dal trapianto La maggior parte delle infezioni si verifica nel corso dei primi mesi post-trapianto, quando il paziente è ancora sotto stretta sorveglianza. (Grossi P, Trends in Medicine 2002). Le complicanze infettive rappresentano la principale causa di riospedalizzazione a distanza di 1,3 e 5 anni dal trapianto. (Hosenpud JD, ISHLT 2001). Timeline of posttransplant infections Fishmann. Fishmann. Liver transplantation. transplantation. 2011 Timeline of viral infections Allogeneic hematopoietic stem cell transplantation Phase I Phase II Phase III Pre-engraftment Post-engraftment Last Phase Day 0-30 Day 30-100 Day 100-beyond Respiratory and enteric viruses Varicella Zoster Herpes simplex Cytomegalovirus HHV 6 Epstein Barr virus PTLD HHV 7 JCV virus Parvovirus B 19 BK virus West Nile virus Phase I Phase II Phase III First month Months 2-6 Months 6-beyond Solid organ transplantation Razonable. Razonable. Minerva medica. 2009 HSV 1-2 - Riattivazione del virus latente - Più comune presentazione clinica: mucositi - Raramente: epatite, polmonite, infezione disseminata La maggior parte delle infezioni avviene nel primo mese post trapianto, ma la profilassi con acyclovir (o ganciclovir) ha notevolmente ridotto l’incidenza. Trattamento dell’infezione attiva: acyclovir, valacyclovir, famciclovir HSV 0 TRAPIANTO 1 2 3 4 MESI POSTPOST-TRAPIANTO 5 6 7 8 HHV-6 L’ infezione da HHV-6 può essere trasmessa attraverso l’organo trapiantato, ma considerando l’elevato tasso di sieroprevalenza, è più frequentemente il risultato di una riattivazione del virus endogeno. L'incidenza della riattivazione da HHV-6 raggiunge un picco a 2-4 settimane dopo il trapianto. Nel trapianto di fegato e rene, l'incidenza dell’infezione è stimata essere del 2254% e 23-55%, rispettivamente. Dopo trapianto di cuore e polmoni, l'incidenza di infezione da HHV-6 è pari al 66-91%. Infezioni sono state descritte anche dopo trapianto di midollo (48%). L’infezione nei pazienti trapianti è di solito asintomatica. asintomatica Le manifestazioni cliniche dirette sono: febbre, rash, epatite, mielosoppressione, polmonite, disturbi neurologici. HHV-6 0 TRAPIANTO 1 2 3 4 MESI POSTPOST-TRAPIANTO 5 6 7 8 Small bowel transplantation CLINICAL AND LABORATORY FINDINGS OF CMV, EBV AND HHV-6 INFECTION Patient Days post-Tx CMV WB – BIO EBV WB – BIO HHV-6 WB – BIO N. 1 24 52 84 118 Neg – Neg Neg – Neg Pos – Pos Pos – Pos Neg – Pos Neg – Pos Neg – Pos Neg – Neg Pos – Pos Pos – Pos Neg – Pos Neg – Neg Symptoms Outcome fever, diarrhea died due to fungal sepsis on 150th day Petrisli et al. Transplantation Proceedings 2010 PATIENT 1: Viral monitoring in whole blood samples 4,5 Viral load Log copies/m l 4 CMV WB 3,5 HHV-6 WB 3 EBV 2,5 2 24 52 82 90 97 104 118 days post-Tx Petrisli et al. Transplantation Proceedings 2010 PATIENT 1: Viral monitoring in biopsy specimens 7 Viral load Log copies/ug biopsy 6 5 CMV BIO 4 HHV-6 BIO 3 EBV BIO 2 1 0 24 52 82 90 97 104 118 days post-Tx Petrisli et al. Transplantation Proceedings 2010 Many studies have demonstrated that HHV-6 is implicated as a factor for the subsequent CMV reactivation and disease. Since HHV-6 infection occurs earlier than that of CMV/EBV, it should serve as an indicator of the need for more careful virological surveillance Chromosomally integrated HHV-6 (ciHHV-6)? L’intero genoma di HHV-6 è integrato nei telomeri dei cromosomi della cellula ospite DNA virale viene integrato nel genoma della linea germinale ciHHV-6 può essere ereditato in modo mendeliano 50% di probabilità di trasmissione al figlio almeno una copia integrata del genoma di HHV-6 si presume essere presente in ogni cellula nucleata (linea somatica e linea germinale) L'incidenza di ciHHV-6 non è esattamente conosciuta, anche se uno studio su donatori di sangue provenienti dal Regno Unito stima un'incidenza tra lo 0,2% -1%. Il significato clinico di ciHHV-6 non è chiaro. Alcuni studi suggeriscono che ciHHV-6 può essere associato ad un aumentato rischio di malattia linfoproliferativa. (Bandobashi et al. Blood. 1997) Uno studio su 548 riceventi trapianto di organo solido ha evidenziato che i pazienti con ciHHV-6 presentano un aumentato rischio di infezioni batteriche e rigetto del trapianto. (Lee et al. Transplantation 2011) ciHHV-6 ogni cellula ospita l'intero genoma di HHV-6 covalentemente legato al DNA cromosomico umano i campioni clinici (sangue intero, leucociti…) testati mediante PCR quantitativa presenteranno alti livelli di HHV-6 1 ml sangue = 4-7 milioni di leucociti PCR quantitativa per HHV-6 > 10^6 HHV-6 copie / ml di sangue in toto I fluidi corporei che contengono solo un piccolo numero di cellule (per esempio, siero, plasma e liquor) saranno spesso positivi per HHV-6 DNA, anche se con un numero di copie inferiori rispetto a campioni cellulari, in quanto contengono DNA che è stato rilasciato dalla lisi cellulare o durante il trasporto e la processazione del campione. L'elevato carico DNA virale in pazienti con ciHHV-6 può portare a diagnosi errate di infezione attiva da HHV-6 La PCR quantitativa su sangue in toto fornisce un elevato sospetto sulla possibile integrazione di HHV-6. La conferma può essere effettuata: - controllando i genitori del paziente (almeno uno dei genitori biologici dovrebbe risultare con ciHHV-6) - controllando nuovamente il paziente per dimostrare persistenza di alti valori di HHV-6 DNA nel sangue. la - effettuando la ricerca del genoma virale sul bulbo pilifero: solo negli individui ciHHV-6 è rilevabile il genoma virale. BULBO PILIFERO DEL CAPELLO Capello: - Fusto (cellule morte stratificate) - Follicolo pilifero bulbo pilifero (parte germinativa) Papilla dermica (vasi sanguigni e terminazioni nervose) genoma cellulare del paziente senza contaminazione ematica The recent guidelines from the American Society of Transplantation Infectious Disease Community of Practice do not recommend specific antiviral prophylaxis or pre-emptive therapy for HHV-6 infection, but for established HHV-6 disease, especially with encephalities, intravenous ganciclovir and foscarnet are considered to be first-line agents. Viral load monitoring should be used as an adjunct to clinical assesments in guiding the duration of anti-HHV-6 treatment. Timeline of viral infections Allogeneic hematopoietic stem cell transplantation Phase I Phase II Phase III Pre-engraftment Post-engraftment Last Phase Day 0-30 Day 30-100 Day 100-beyond Respiratory and enteric viruses Varicella Zoster Herpes simplex Cytomegalovirus HHV 6 Epstein Barr virus PTLD HHV 7 JCV virus Parvovirus B 19 BK virus West Nile virus Phase I Phase II Phase III First month Months 2-6 Months 6-beyond Solid organ transplantation Razonable. Razonable. Minerva medica. 2009 Rischio di infezione da CMV Trapianto Rischio di malattia (%) 44 - 85% Rene 8-32 Rischio di Polmonite (%) 2 Fegato 22-29 3 Cuore Pancreas e/o rene 9-35 50 8 nd Pancreas e/o rene 50 nd Cuore e polmone 53-75 30-60 Polmone 60-75 55-60 (R-/D+ 85) HSCT (70-80%) - TMO 20-35 15 In assenza di strategie di profilassi o di terapia pre-emptive. Prevenzione la progressione dell’infezione verso la malattia adeguato monitoraggio dell’infezione intervento terapeutico appropriato Profilassi Terapia pre-sintomatica Ambedue gli approcci hanno vantaggi e limitazioni. Laboratory Diagnosis of CMV Method Types of Results and Clinical Use Advantages Disadvantages Viral culture Infectious foci detected by monoclonal antibody to CMV immediate-early antigen (72 Kda) High correlation with CMV disease Low sensitivity; rapid decrease of CMV activity in clinical specimens; risk of cell toxicity with blood samples; not suited for large number of samples Antigenemia (pp65+ leukocytes) Number of CMV-infected cells/total cells evaluated; early detection of CMV replication Rapid diagnosis of CMV, can be used in mediumsized labs; quantification used as a guide for preemptive therapy Subjective interpretation of results; requires rapid processing; role in assessing antiviral response is debated Nucleic acid amplification to detect CMV DNA or RNA by PCR in blood Number of CMV copies/mL of plasma (lowest limit, 400 copies/mL); detection of CMV infection; monitor CMV DNA decline; surrogate marker for antiviral drug resistance Highly sensitive and specific; detects even low levels of CMV DNA; could be used to monitor therapeutic response; rapid turnaround time Adapted from Razonable RR, et al. J Clin Microbiol. 2002;40:746-752. DNAemia ⇒ CAMPIONI SANGUE INTERO PLASMA Plasma e sangue intero assicurano ambedue corrette informazioni diagnostiche e prognostiche riguardo la prevenzione della malattia da CMV The studies propose that whole blood would represent the optimal sample for CMV DNA quantification. Whole blood is more sensitive for the PCR diagnosis of CMV infection. Razonable RR et al. Transplantation 2002, 73: 968968-73. Garrigue I et al. J Clin Virol 2006, 14: 7272-5. Gerna G et al. Antivir Ther 2007, 12: 6363-72. Attenzione ! SOLO UN TIPO DI CAMPIONE PUÒ ESSERE USATO DURANTE IL MONITORAGGIO VIROLOGICO Gruppo di lavoro AMCLIAMCLI-SIV 2005 - 2008 CMV - DNAemia (sangue intero) → valori soglia per terapia pre-sintomatica SOT CMV sieronegativi 100.000 copie/ml SOT CMV sieropositivi 100.000 copie/ml HSCT CMV sieronegativi 10.000 copie/ml HSCT CMV sieropositivi 10.000 copie/ml Boli di steroidi o ATG/OKT3 terapie antirigetto o complicazioni cliniche qualsiasi valore di DNAemia oo la la terapia terapia antivirale antivirale viene viene somministrata somministrata fino fino aa DNAemia DNAemia neg à del neg e/o e/o al al di di sotto sotto della della soglia soglia di di sensibilit sensibilità del test test in in uso. uso. Trapianto d ’organo solido - cellule staminali - midollo d’organo solidostaminaliGRUPPO -AMCLI GLaIT GRUPPO DI DI LAVORO LAVORO GLaITGLaIT-AMCLI TERAPIA PRE -SINTOMATICA PRE-SINTOMATICA Monitoraggio virologico campioni campioni di di sangue sangue intero intero 00 11 22 33 44 55 66 77 88 99 10 10 11 11 12 12 Real Real Time Time PCR PCR 16 16 20 20 24 24 SETTIMANE -TRAPIANTO SETTIMANE POST POST-TRAPIANTO oo in in corso corso di di infezione infezione in in atto atto → aumentare aumentare la la frequenza frequenza aa 2 2 volte volte la la settimana. settimana. oo oltre oltre ii 6 6 mesi mesi → → in in concomitanza concomitanza alle alle visite visite di di routine routine oo in in caso caso di di aumento aumento di di terapia terapia immunosoppressiva immunosoppressiva → → riprendere riprendere ilil monitoraggio. monitoraggio. oo sulla sulla base base di di una una qualsiasi qualsiasi indicazione indicazione clinica clinica → → riprendere riprendere ilil monitoraggio. monitoraggio. Trapianto di intestino e trapianto di polmone (isolato e/o combinato) L’organo trapiantato è il principale target per l’infezione e la malattia da CMV inoltre nel caso di tx di intestino l’alterata permeabilità della mucosa intestinale favorisce la disseminazione ematica di CMV con la possibilità di coinvolgimento di altri organi (fegato, polmone/i, pancreas e cuore) campioni di tessuto bioptico prelevati durante le ileoscopie Biopsie e campioni di lavaggio broncoalveolare prelevati durante le broncoscopie per il controllo di routine dello stato di rigetto campioni di tessuto bioptico da polmone ???? PCR Real Time test BAL Tutti i tipi di trapianto d’organo e di cellule staminali emopoietiche e/ di midollo osseo In caso di sospetta localizzazione d’organo DNAemia presente o assente o carichi virali molto bassi Tessuto bioptico campioni di tessuto bioptico PCR Real Time e test immunoistochimici campioni di BAL PCR Real Time BAL LATE-ONSET CYTOMEGALOVIRUS DISEASE Haematopoietic stem cell transplantation Clinical experience suggests that antiviral drugs only delay, rather than prevent, the onset of CMV disease in predisposed patients. Late CMV disease developed in 26 of 146 (17.8%) patients a median of 169 days after transplantation (range, 96-784 days); the mortality rate was 46%. Boeckh M et al Blood 2003 Risk factors for late CMV disease in HSTC • Persistent impairment in immunity (peripheral lymphopaenia, low CD4 count, undetectable CMV-specific cytotoxic T lymphocyte response). • Receipt of T-cell depleted transplant • Graft-versus-host disease • Prolonged antiviral therapy (e.g. Ganciclovir) • Persistent CMV replication • Human Herpes Virus 6 infection. EBV e PTLD Incidenza di PTLD nei diversi tipi di trapianto Organo trapiantato Incidenza (%) Globale Nei pazienti pediatrici Rene 0.5-1 1-10 TMO 0.5-1 13 Fegato 1.6-5 4-15 Cuore o polmone 1.9-10 6-20 Intestino 12 Gulley. Gulley. Clin Microb Rev. 2010 Fattori di rischio: -Infezione primaria da EBV paziente sieronegativo che riceve l’organo da un donatore sieropositivo (EBV- mismatch) -Infezione da CMV -Elevata immunosoppressione (farmaci Linfociti depleting) -Ipogammaglobulinemia EBV-PTLD • Se riconosciuta precocemente nei soggetti trapiantati è reversibile grazie ad una riduzione della immunosoppressione Diagnosi precoce Intervento terapeutico Farmaci antivirali Mab anti CD20 (rituximab) Infusioni di linfociti T citotossici EBV-specific autologhi I fattori di predittività positiva relativi all’insorgenza delle malattie EBV-associate aumentano con l’aumentare dei livelli di DNA virale nel sangue. PCR Real Time nel sangue PBMC PLASMA SANGUE IN TOTO In caso di PTLD, EBV si trova prevalentemente associato alle cellule B ed in minor misura come DNA virale libero, rilasciato nel plasma in seguito alla morte delle cellule infettate (Thorley-Lawson & Gross, 2004). Mentre la valutazione di EBV-DNA su PBMC è un metodo molto accurato, la misurazione della carica di EBV nel plasma può portare a risultati falsi negativi (Clave et al. 2004). La misurazione della carica di EBV-DNA su sangue intero è stata proposta per la semplicità della preparazione di questa matrice, perché consente una migliore standardizzazione del test e per il fatto che rappresenta tutti i compartimenti ematici che possono contenere il virus (Stevens et al. 2001). Inoltre i risultati ottenuti su PBMC correlano significativamente con quelli ottenuti su sangue intero (Baldanti et al. 2008) EBV DNA kinetics in PBMC and whole blood samples of six pediatric haploidentical HSCT recipients PBMC: EBV DNA copies/10^5 copies/10^5 cells WB: EBV DNA copies/ copies/milliliter Peak EBV DNA levels in WB were mostly coincident with peak levels in PBMC, While delayed appearance and clearance of EBV DNA were observed in whole blood. blood. Baldanti et al. 2008 Monitoraggio virologico per EBV nei pazienti pediatrici TMO Sangue in toto ogni 2 settimane settimanale 0 attecchimento 100gg su indicazione clinica, visite routine 180gg TRAPIANTO In caso di risultati positivi su sangue in toto il monitoraggio viene proseguito su sangue in toto e PBMC Monitoraggio virologico per EBV in un paziente pediatrico TMO 12 AA (D+/R+) 140000 1000 sangue in toto (copie/ml) 120000 100000 * PBMC (copie/100000 cells) 80000 900 800 700 600 500 60000 400 300 40000 200 20000 100 0 0 1 2 3 4 5 6 settimane post-tx 7 8 9 10 * STOP CORTISONE Adenovirus Incidence of infection: • 3-47% allogeneic HSCT • < 10% heart and abdominal transplant • 22% lung recipients Associated with upper/lower respiratory tract infection, gastrointestinal disease, hepatitis, cystitis, disseminated disease. Almost always selflimited. Any time that adenovirus disease is considered, blood specimens should be evaluated for quantitative viral load measurements. Among pediatric HSCT recipients, adenoviremia, particulary when present over time, with high viral loads, or in the presence of lymphopenia and/or continued immunosuppressive therapy, may be a predictor of progression (Ison et al. 2006) of disease. AdN 0 20 Allogeneic HSCT 30 40 60 80 90 100 DAYS AFTER TRANSPLANT 120 140 160 BK Nel trapianto di rene, in particolare nel primo anno post-trapianto, la riattivazione di BK può causare nefropatia (polyomavirus-associated nephropathy, PVAN; incidenza 1-10%) con rischio di perdita dell’organo trapiantato nel 30-80% dei casi. La terapia si basa sulla modulazione del regime immunosoppressivo, provvedimento che si deve attuare preventivamente in caso di valori di viremia suggestivi di rischio di PVAN (1-1.6 x 104 copie /ml siero). siero 2 volte/mese 0 ogni 3 mesi 3mesi ogni anno 1anno TRAPIANTO Valutazione di campioni aggiuntivi in presenza di anomalie della funzionalità funzionalità renale o in base al giudizio clinico Monitoraggio virologico dei pazienti trapiantati d’organo Recidive da HBV e HCV Ricevente HBsAg pos - pre TX -HBV-DNA quantitativo -anti-HBs HBV Ricevente: HBsAg neg - pre TX Donatore: anti HBc + -HBV-DNA quantitativo -anti-HBs Mensile 0 1 2 3 4 MESI POSTPOST-TRAPIANTO TRAPIANTO Mensile HCV 5 Soggetti viremici - pre TX HCV-RNA quantitativo 6 7 8 12 VZV - Riattivazione del virus latente - Interessamento di uno o più dermatomeri - Raramente: infezione disseminata - Nevralgie post-erpetiche ad andamento protratto e scarsamente responsive agli abituali schemi di trattamento - Incidenza: 10%, più elevata nei trapiantati di polmone e HSCT - Tempo medio di comparsa : 9 mesi -vaccinazione nei soggetti IgG neg candidati al trapianto (vaccino con virus vivo attenuato: controindicato nei soggetti immunodepressi) -Trattamento : acyclovir, valacyclovir, famciclovir VZV 0 1 TRAPIANTO 2 3 4 5 6 MESI POSTPOST-TRAPIANTO 7 8 9 10 11 12 HHV-8 Nei soggetti trapiantati d’organo solido il rischio di sviluppare KS/HHV-8 è 400-500 volte maggiore rispetto alla popolazione generale Le linee guida nazionali non riportano tra i criteri generali la valutazione di un donatore d’organo/tessuto con screening per HHV-8. Assenza di test diagnostici gold standard EPIDEMIOLOGIA EPIDEMIOLOGIA HHV-8 HHV-8 HHV-8 non è un virus ubiquitario: distribuzione variabile nelle diverse aree geografiche INCIDENZA KS REGIONE PREVALENZA HHV-8 BASSA Nord -America Nord -Europa 0-5% MEDIA Mediterraneo Medio-Oriente 5-20% ALTA Sud-Italia Africa 20-40% MOLTO ALTA Africa sub- Sahariana > 40% In Italia la sieroprevalenza per HHV-8 è più elevata nelle regioni del Sud (20-25%) rispetto alle regioni del Nord( < 5%) MODALITA’ MODALITA’ DI DI TRASMISSIONE TRASMISSIONE Trasmissione attraverso secrezioni salivari Trasmissione sessuale: reperimento del virus nel liquido seminale Trasmissione verticale Trasmissione attraverso TRASFUSIONI DI SANGUE Trasmissione attraverso ORGANO TRAPIANTATO INFETTO HHV-8 Il tempo medio di comparsa del KS è di 22 mesi dopo il trapianto L’interessamento cutaneo è la più frequente manifestazione, ma sono state osservate anche lesioni viscerali (gastrointestinali, polmonari) Terapia: - Riduzione immunosoppressione -Chemioterapia: doxorubicina liposomiale, vincristina Ulteriori studi sono necessari per meglio definire l’andamento dell’infezione e sviluppare strategie di trattamento pre-sintomatico in grado di prevenire la comparsa delle manifestazioni cliniche HHV-8 0 1 TRAPIANTO 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 MESI POSTPOST-TRAPIANTO 21 22 23 24 25 26 Infezioni respiratorie virali Respiratory virus Influenza virus A and B Parainfluenza viruses 1, 2, 3 Rhinoviruses Respiratory syncitial virus Adenoviruses Human metapneumovirus Coronaviruses HSCT recipients (%) SOT recipients (%) 8.7-31 7.1-28.6 7.8 1.3-4.7 2.7-47 3-85.7 2.1-8.8 4.9 1.6-11.9 14.7 3.3-4.1 4.1-64 4.3-5.3 5-16 Razonable et al. 2009 The disease onset of the respiratory viral infections correlates with the prevalence of virus that is circulating in the community Clinical manifestation: more severe and prolonged illness Prolonged shedding of the virus