Minimal residual disease measurement in acute myeloid leukemia

Acute non-promyelocytic leukemia still has a poor prognosis in adults, and it remains a big challenge for physicians to manage. Due to a lack of reassuringly effective therapeutic options, chemotherapy is still the leading choice to cure the disease. For the high-risk population nowadays, allogeneic stem cell transplantation is the only therapeutic method that could be curative. During the treatment procedure, the measurement of residual disease is key in the perspective of timing and dosing of chemotherapy and other drugs, the early recognition of relapse, and the avoidance of overtreating caused toxicity. In our study, we aimed to obtain a better knowledge of leukemia-associated phenotypes (LAIPs), monitor minimal residual disease (MRD) by multiparametric fluorescent flow cytometry (FACS), and try to find innovative ways to analyze the results using UMAP (Uniform Manifold Approximation and Projection for Dimension Reduction) and FlowSOM (Flow cytometry data that builds Self-Organizing Maps). Our FACS panel monitored the MRD of AML to detect even 0.022% of leukemic cells during the follow-up. Four metaclusters (MC) represented the HCs, and eleven MCs were associated with AML samples before therapy. Both UMAP and FlowSOM showed the normalization of LAIP similar to the HCs immune phenotype following treatment. The follow-up of AML samples revealed 4 MCs of therapy-sensitive cells and 1 MC composed of therapeutic-resistant stem-like AML cells (MC12: CD3-CD7- CD33- CD38- CD64- HLA-DR- CD117- CD135-). For a better view of the soluble mediator environment of leukemic cells, Luminex MAGPIX® technology was used to measure the concentration of 31 soluble immune-oncology mediators from the plasma of AML patients and HCs. The BAFF, B7-H2, B7-H4, CD25, MICA, and Siglec-7 were increased in the plasma of AML subjects. The treatment procedure of leukemic cells was also modeled in vitro using an OCI-AML3 cell line to follow and detect the changes in immunophenotypes. In my thesis, I present all the applied methods and results we have found during my work.

La leucemia acuta non-promielocitica (AML) ha ancora una prognosi sfavorevole negli adulti e rimane una grande sfida per il medico. A causa della mancanza di opzioni terapeutiche efficaci, la chemioterapia è ancora la scelta principale per curare la malattia. Per la popolazione ad alto rischio, il trapianto allogenico di cellule staminali è oggi l'unico metodo terapeutico che potrebbe essere curativo. Durante la procedura di trattamento, la misurazione della malattia residua è fondamentale nella prospettiva della tempistica e del dosaggio della chemioterapia e di altri farmaci, per il riconoscimento precoce della recidiva e per evitare la tossicità causata dal sovratrattamento. Nel nostro studio abbiamo cercato di ottenere una migliore conoscenza dei fenotipi associati alla leucemia (leukemia associated immunophenotypes, LAIPs) e di monitorare la malattia minima residua (minimal residual disease, MRD) utilizzando la citometria a flusso multiparametrica e cercando di trovare modi innovativi per analizzare i risultati utilizzando UMAP (Uniform Manifold Approximation and Projection for Dimension Reduction) e FlowSOM (Flow cytometry data that builds Self-Organizing Maps). La MRD della AML è stata valutata mettendo a punto un pannello di anticorpi in grado di rilevare, attraverso FACS, anche lo 0,022% di cellule leucemiche durante il follow-up. Quattro metaclasti (MC) rappresentavano i controlli sani (healthy control, HC) e undici MC erano associati a campioni di AML prima della terapia. Sia l'UMAP che il FlowSOM hanno mostrato una normalizzazione del LAIP simile al fenotipo immunitario degli HC dopo la terapia. Il follow-up dei campioni di AML ha rivelato 4 MC di cellule sensibili alla terapia e 1 MC composta da cellule AML di tipo staminale resistenti alla terapia (MC12: CD3-CD7-CD33-CD38-CD64-HLA-DR-CD117-CD135-). La tecnologia Luminex MAGPIX® è stata utilizzata per misurare la concentrazione di 31 mediatori immuno-oncologici solubili nel plasma di pazienti affetti da AML e HC. BAFF, B7-H2, B7-H4, CD25, MICA, Siglec-7 sono risultati aumentati nel plasma dei soggetti con AML. È stato infine eseguito il trattamento in vitro di cellule AML derivate costituite dalla linea cellulare OCI-AML3, allo scopo di correlare i cambiamenti immunofenotipici con specifici trattamenti. I i risultati presentati in questa tesi suggeriscono che la Valutazione dei dati MFC assistita dall'intelligenza artificiale possa essere efficace nella valutazione del follow-up della AML.