TRAPIANTO DI CELLULE
STAMINALI
EMOPOIETICHE
La cellula staminale emopoietica
(CSE)
E’ in grado di:
automantenersi (self-renewal)
differenziare
mobilizzare al di fuori del midollo osseo
andare incontro ad apoptosi
Sorgenti di CSE
Autologhe
Allogeniche
Midollo osseo
Sangue periferico
Midollo osseo
Sangue periferico
Sangue placentare
TCSE: donatori
Gemello identico (singenico)
Fratello HLA-identico (sibling)
Donatore volontario non correlato (matched
unrelated donor – MUD – volunteer unrelated
donor – VUD -): HLA-identico
adulto
HLA-mismatched per 1/2 Ag
sangue cordonale
Donatore familiare aploidentico
Searching and identifying an alternative HSCT donor
Median search time
U-BMT
U-CBT
HAPLO
3-4 mths
<1 mth
0
Donors identified but not available 10-20%
1%
0%
Rare haplotypes represented
20%
100%
2-10%
Limiting factors to graft acquisition HLA match
Cell dose
Donor mobil./TCD
Viral transmission to recipient
Yes
No
Yes
Risk to donor
Yes
No
Yes
T-cell related GVL effect
Yes
Yes
No
NK related GVL effect
Rarely
No ?
In some cases
Potential for DLI
Yes
No
Limited
Memory T-cells
Yes
No
No
TCSE autologo: manipolazione in
laboratorio
• Purging (LAL, LAM)
• Selezione (tumori solidi):
selezione positiva (CD34+)
selezione negativa (GD2 in NB)
•
•
•
•
•
•
Deeritrocizzazione
Deplasmazione
T-deplezione
Valutazione del contenuto in CD34+
Prove di vitalità
Prove di clonogenicità
TCSE allogenico: manipolazione in
laboratorio
donatore
A, B, AB
A
A
B
B
Incompatibilità AB0 maggiore:
ricevente
Deeritrocizzazione
0
B
AB
A
AB
Deeritrocizzazione +
Deplasmazione
Incompatibilità ABO minore:
0
A, B, AB
Deplasmazione
TCSE allogenico: manipolazione in
laboratorio
• T-deplezione (aploidentico)
• Selezione positiva delle CD34+ (aploidentico)
• Valutazione del contenuto in CD34+
• Prove di vitalità
• Prove di clonogenicità
TCSE: regimi di condizionamento
Regime di condizionamento convenzionale
Regime di condizionamento ad intensità
ridotta
Regime di condizionamento non
mieloablativo
Regime di condizionamento convenzionale
Associazione chemio-radioterapica alla massima dose
tollerabile in funzione di una tossicità extramidollare
allo scopo di:
• Creare lo spazio midollare per l’attecchimento dell’inoculo
(++++Allo; + Auto)
• Determinare un’immunosoppressione tale da impedire il rigetto
del trapianto (++++ Allo)
• Eradicare il clone neoplastico (++ Allo; ++++ Auto)
Regime di condizionamento a intensità
ridotta
Associazione chemioterapica, contenente in genere
fludarabina, a scopo immunosoppressivo, ma
scarsamente mieloablativo.
In caso di rigetto del trapianto, consente una ripresa
dell’emopoiesi autologa, anche se in tempi più lunghi
rispetto ad un regime non mieloablativo.
Regime di condizionamento
non mieloablativo
Radioterapia o associazione di chemioterapici a
scopo immunosoppressivo, non mieloablativo con
l’obiettivo di:
• Garantire l’attecchimento dell’inoculo
• Potenziare l’effetto GvT esercitato dai linfociti del donatore
• Ridurre tossicità e mortalità trapianto correlate
TCSE non mieloablativo
Convenzionale:
Non-mieloablativo:
Immunosoppressivo
per
evitare il rigetto e consentire
l’attecchimento
Immunosoppressivo
per
evitare il rigetto e consentire
l’attecchimento
Mieloablativo per eliminare
cellule maligne residue
Non-mieloablativo:
Graft versus Tumor
Mieloablativo per creare
spazio all’interno del midollo
Non-mieloablativo: effetto
Graft versus Marrow
effetto
TCSE autologo: razionale
Ricostituzione di una normale funzione
ematopoietica alterata da:
Patologia a carico della cellula staminale emopoietica
LAM in I/II RC, LAL in II RC dopo ric. extra-BM
Occupazione del tessuto osseo da parte di malattia
neoplastica
Linfomi ric. o res., invasione midollare da parte di
cellule neoplastiche
TCSE autologo: razionale
Controllo della patologia:
Neuroblastoma IV stadio
• Sarcoma di Ewing alto rischio
• Tumori solidi in fase avanzata:
•
tumori cerebrali
rabdomiosarcoma
tumore di Wilms
tumori a cellule germinali
•
Malattie autoimmuni
TCSE allogenico: razionale
Ricostituzione di una normale funzione ematopoietica
alterata da:
Patologia a carico della cellula staminale emopoietica
leucemie acute e croniche
aplasia midollare
anemia di Blackfand-Diamond
anemia falciforme
beta-talassemia
SCID
WAS
errori congeniti del metabolismo
Sindrome di Hurler
Sindrome di Hunter
Sindrome di Lesch Nyhan
Osteopetrosi
TCSE allogenico: razionale
Controllo della patologia:
Controllo della crescita neoplastica
Immunoterapia
leucemie acute e croniche
linfoma di Hodgkin
linfomi non Hodgkin
tumori solidi in fase avanzata:
neuroblastoma IV stadio
sarcoma di Ewing alto rischio
rabdomiosarcoma
Graft versus Tumor
La reazione GvT è mediata dai linfociti T del donatore
ed è legata a differenze tra donatore e ricevente
nell’ambito degli antigeni del sistema HLA e degli
antigeni minori di istocompatibilità.
Tali antigeni sono tuttavia espressi anche su tessuti
normali dell’ospite: GvH.
Un ulteriore possibile meccanismo potrebbe includere
una reazione dei linfociti nei confronti di non ben
definiti antigeni tumore specifici (Tumor-Associated
Antigen -TAA).
Graft versus Tumor
Anche le cellule NK, che appartengono al
compartimento dell’immunità innata, possono
rivestire importanza nell’induzione della GvT,
essendo attivate da un’alterata o assente espressione
delle molecole HLA di classe I alla superficie
cellulare: ipotesi del “missing self”.
In questo modo, le NK non sarebbero coinvolte nella
genesi della GvH, non attaccando i tessuti con
normale espressione di molecole HLA di classe I, ma
solo della GvT.
Cellule Natural Killer
Le NK esprimono gruppi differenti di recettori, inibitori ed
attivatori. Tra questi, i KIR riconoscono epitopi (ligandi
KIR) condivisi da gruppi di alleli HLA di classe I.
La mancata espressione del corretto ligando KIR di classe I
sulle
cellule
allogeniche
mis-matched
scatena
l’alloreattività NK.
In particolare, gli alleli HLA-C hanno dimostrato un ruolo
primario del meccanismo di protezione delle cellule dalla
citotossicità NK.
TCSE aploidentico
Probabilità e rapidità nel reperimento di un donatore
Necessità di T-depletare per ridurre il rischio di GvHD
Aumentato rischio di recidiva
Aumentato rischio di rigetto
Intensa immunosoppressione
Natural Killer
Cellula autologa
KIR2DL1 [
HLA-CLys80(Cw2,4,5,6,..
“gruppo 2”HLA-C)
KIR2DL
2/3
HLA-CAsn80(Cw1,3,7,8,..
“gruppo 1”HLA-C)
KIR3DL1
C
<
HLA-Bw4 alleli
Ricevente
Target
Donatore
HLA
NK cell
HLA-C group2
Cw2
HLA-C group 2 Cw2
] KIR2DL1[
HLA-C group1
Cw1
KIR2DL
2/3
C
HLA-C group 2 Cw4
missing
HLA-C group1
HLA-Bw4
B27
>
KIR3DL1
<
HLA-Bw4
B51
NK nel TCSE aploidentico
L’infusione di cellule NK alloreattive si associa a tre importanti
fenomeni:
distruggendo le cellule T dell’ospite, primariamente deputate
al rigetto del trapianto, si riduce l’incidenza di questa
complicanza;
attaccando prevalentemente le cellule ematopoietiche, non si
assiste al fenomeno della GvHD;
distruggendo le APC dell’ospite, deputate alla presentazione
dell’antigene ai linfociti T del donatore e quindi all’innesco
della reazione GvH, si realizza un effetto protettivo nei confronti
di questa complicanza.
NK nel TCSE aploidentico
Evidenze che l’alloreattività NK non ha come bersaglio altri tessuti
al di fuori delle cellule linfoematopoietiche suggeriscono che
l’infusione pre-TCSE di NK alloreattive possa essere utilizzata
con sicurezza nel regime di condizionamento del paziente.
Esperimenti in modelli murini indicano che l’alloreattività NK in
direzione GvH può promuovere un’immunosoppressione e
mieloablazione tali da consentire l’innesto di midollo osseo MHC
incompatibile senza sviluppo di GvHD, usando un regime di
condizionamento non letale.
Donor Lymphocyte Infusion
Bulk Dose Regimen
1,5 x 108/kg
vs
Escalating Dose Regimen
1075 x 107 108/kg
Obiettivo:
indurre un effetto di Graft versus Tumor
Effetti collaterali:
induzione di GvHD
aplasia ed immunosoppressione
CTL anti-leucemia
Identificazione di antigeni presenti sulle cellule
tumorali in grado di stimolare linfociti T citotossici
(CTL) specifici per le cellule maligne e scarsamente
reattivi verso i tessuti sani dell’ospite.
Espansione di CTL dotati di:
• efficiente funzione effettrice in vivo
• memoria immunologica a lungo termine
CTL anti-Epstein Barr virus
CTL EBV-specifici del donatore
CTL EBV-specifici autologhi:
ottenuti prima del TCSE e criopreservati
ottenuti al momento della diagnosi di EBV-LPD
Il trattamento preventivo è da preferire per i minori effetti
collaterali e le maggiori probabilità di successo
CD4+ anti-CMV ed Aspergillus
I linfociti T del donatore vengono messi in coltura
con Aspergillus fumigatus or CMV, e viene
aggiunta IL-2 nelle prime due settimane.
Si ottengono solo cloni CD4+ producenti IFNgamma.
I cloni vengono valutati per la cross-reattività nei
confronti del paziente.
TCSE e cellule mesenchimali
Matched-pair analysis Osiris-EBMT 2002
L’infusione di MSC espanse in associazione con
le CSE:
riduce l’incidenza di GvHD acuta e cronica
migliora DFS and OS
non sembra influire sull’incidenza di recidive
TCSE: nuove frontiere
Espansione ex-vivo di CSE da CB per
trapianto nell’adulto
Malattie autoimmuni non-organo specifiche
Malattie autoimmuni organo specifiche (DM)
Infarto miocardico acuto (IMA)
Distrofia muscolare di Duchenne
Patologie degenerative SNC
TCSE e malattie autoimmuni
Razionale
Distruggere le cellule immuni autoreattive e
ricostituire un sistema immunitario correttamente
funzionante.
Modalità
Mobilizzazione delle CSE autologhe mediante
somministrazione di G-CSF; raccolta aferetica delle
CSE; separazione delle CSE dal prodotto aferetico e
congelamento.
TCSE e malattie autoimmuni
Problemi aperti
Rischio di riacutizzazione della malattia di base in
corso di trattamento con G-CSF
Immunosoppressione post-SCT
Difficoltà di selezionare un numero adeguato di CS
Rischio di inoculare cellule mature autoreattive
Malattie autoimmuni organo-specifiche (DM, AR)
CSE e diabete mellito
Obiettivi:
• arrestare il processo autoimmune
• favorire la riparazione degli organi danneggiati
La natura monocellulare della patologia lo rende un
terreno ideale per la terapia cellulare:
colture di CS che differenzino in cellule insulari
terapia genica
Terapia genica
Modificazione genetica di cellule allo scopo di
ottenere un effetto terapeutico
Nell’ambito delle malattie autoimmuni organospecifiche, l’obiettivo primario è quello di modificare
la risposta immune infiammatoria aberrante:
geni per l’espressione di recettori alterati per le
citochine infiammatorie;
geni per la secrezione di citochine antiinfiammatorie.
CSE e plasticità
Le CSE sono in grado di differenziare in numerosi
tipi cellulari non emopoietici, e possono quindi
promuovere una ripresa funzionale e strutturale a
livello di vari organi ed apparati, tra cui: fegato, reni,
pancreas, polmone, cute, tratto gastroenterico, cuore,
apparato muscolo-scheletrico, tessuto nervoso.
TCSE nell’IMA
Iniezione intracoronarica di cellule CD133+
autologhe dopo IMA.
Razionale
Possibilità che CS purificate dal BM o dal PB
abbiano effetto terapeutico in pz che abbiano di
recente subito un importante danno
transparietale per IMA con associati marker
prognostici negativi di ricostruzione per danno
microvascolare.
TCSE nella degenerazione maculare
Trapianto di cellule CD34+ autologhe.
L’azione angiogenetica delle cellule infuse
Razionale
attualmente rappresenta un limite importante
Vi sono all’applicazione
alcune evidenze
sul potenziale
nell’uomo
differenziativo delle CS di derivazione midollare
in cellule retiniche in modelli murini.
TCSE nelle patologie SNC
Sclerosi multipla
Il TCSE sembra in grado di sopprimere la
componente infiammatoria della SM;
le CSE possono migrare nel SNC e differenziare
in cellule che esprimano marker neurali e gliali;
Le CSE possiedono inoltre un potenziale
rigenerativo neurale e mielinico.
Parkinson
Stroke
TCSE nella distrofia muscolare di
Duchenne
Trapianto di cellule CD133+ autologhe nella distrofia di
Duchenne.
Razionale
Le CS muscolari trapiantate nel topo distrofico
possono dare origine a miociti scheletrici
differenziati. Le cellule CD133+ derivate dal
muscolo di pz con Duchenne possono
differenziare in vivo in miociti.
Espansione di CSE ex-vivo
Obiettivi:
ottenere un numero di CSE adeguato per la procedura
trapiantologica
manipolazione nell’ambito della terapia genica
L’espansione delle cellule in coltura può essere >100
volte in 1-2 settimane; il potenziale di espansione delle
cellule più immature è tuttavia molto più limitato (2-20
volte).
Ruolo chiave delle citochine nel
differenziazione terminale delle CS.
prevenire
la
