Prognostic Role of Minimal Residual Disease before and after Haematopoietic Stem Cell Transplantation in pediatric ALL patients and evaluation of droplet digital PCR applicability in pre-HSCT MRD monitoring

La Leucemia Linfoblastica Acuta (LLA) rappresenta la patologia tumorale più frequente in età pediatrica. Oltre l’80% dei bambini affetti da LLA viene trattato con successo grazie agli attuali protocolli di chemioterapia intensiva e basata sul rischio di ricaduta, ma sfortunatamente, il restante 20% ricade. Il trapianto di cellule staminali ematopoietiche (TCSE) ha un ruolo fondamentale nella guarigione di circa il 10% dei pazienti definiti ad alto rischio di ricaduta LLA in prima linea e per gran parte dei pazienti recidivati. Sfortunatamente, anche dopo il TCSE, la ricaduta si conferma come principale causa di fallimento terapeutico nelle LLA pediatriche. Il principale indicatore prognostico nelle LLA infantili è rappresentato dalla Malattia Residua Minima (MRM). La MRM è definita come la persistenza, all’interno del midollo osseo, di cellule leucemiche a livelli non identificabili attraverso esame citomorfologico. La valutazione della MRM è ormai parte integrante dei principali schemi terapeutici di prima linea, in cui viene usata per stratificare i pazienti in diverse classi di rischio di ricaduta (standard, intermedio o alto), con l'obiettivo di adattare la terapia al rischio individuale di ciascun paziente, ottimizzando le cure e riducendo al minimo la tossicità. Il monitoraggio della MRM è stato identificato come uno dei maggiori fattori predittivi di prognosi, anche per i pazienti ricaduti e per quelli trapiantati, in cui risulta ulteriormente vantaggioso per valutare la risposta alla terapia dei pazienti LLA. Ciononostante, il significato clinico della MRM nei pazienti sottoposti al TCSE non è ancora stato pienamente validato. L’approccio standard utilizzato per monitorare la MRM è attualmente rappresentato dalla real-time quantitative PCR (RQ-PCR), un saggio molecolare altamente sensibile e specifico, basato sulle regioni giunzionali dei riarrangiamenti dei geni delle immunoglobuline e del recettore dei linfociti T, identificati sugli aspirati midollari della diagnosi (o ricaduta) del paziente LLA. Nel primo progetto (descritto nel capitolo 1) del mio percorso di dottorato, abbiamo quantificato la MRM mediante PCR quantitativa immediatamente prima del TCSE, per valutare il suo significato clinico e l’impatto sull’outcome in una vasta coorte di pazienti pediatrici affetti da LLA (119), in prima remissione completa (1RC), seconda (2RC) o altre. Abbiamo poi analizzato MRM mediante RQ-PCR in 98/119 e 59/119 pazienti, rispettivamente durante il primo (post-TCSE1) e il terzo (post-TCSE3) trimestre dopo il trapianto. L’obiettivo di queste analisi è stato quello di capire se la valutazione MRM potesse fornire ulteriori informazioni, utili a identificare preventivamente i pazienti con maggior rischio di ricaduta leucemica dopo il trapianto. Dalle analisi di sopravvivenza in relazione ai livelli di MRM pre-TCSE nei pazienti LLA, qualsiasi livello di positività correla con un outcome sfavorevole (pEFS = 39% per MRM positiva < 1x10-3 e pEFS = 18% per MRM positiva ≥ 1x10-3), rispetto ai pazienti con MRM negativa (pEFS = 73%, P<0.0001). Inoltre, analizzando i pazienti in base al tipo di remissione al TCSE, livelli diversi di positività MRM correlano con un diverso impatto sulla pEFS: bassi livelli di positività MRM indicano infatti, una prognosi sfavorevole solo in pazienti trapiantati in seconda o altre RC, mentre in prima RC solo una positività alta si associa ad un aumentato rischio di ricaduta. Pertanto la MRM pre-TCSE si conferma come importante fattore predittivo di outcome e il suo effetto varia col variare del tipo di remissione al trapianto. È stata valutata, inoltre, la pEFS dei pazienti in base ai livelli di MRM post-TCSE1 e post-TCSE3; MRM negativa post-TCSE correla significativamente con un outcome favorevole, sia al 1° trimestre (pEFS = 63%), che ancor più se riscontrata al 3° trimestre (pEFS = 84%). Anche la valutazione prospettica del cambiamento di MRM è risultata significativa. In particolare, valutando la variazione di MRM dal 1° al 3° trimestre post-TCSE, i pazienti con MRM crescente hanno una prognosi sfavorevole (pEFS = 8%), mentre tutti gli altri gruppi correlano con una buona prognosi (pEFS ≥ 80%). Questi risultati confermano l’importanza del monitoraggio della MRM sia nel periodo precedente che successivo al TCSE, nell’identificare preventivamente pazienti ad alto rischio di ricaduta, possibili beneficiari di interventi immunologici preventivi. Il secondo progetto trattato (descritto nel capitolo 2) è stato uno studio preliminare, focalizzato su una PCR di terza generazione, la Droplet Digital PCR (ddPCR). Essa consente una quantifica di tipo assoluto, con un’accurata concentrazione del DNA target. La RQ-PCR fornisce, invece, una quantifica di tipo relativo, basata su una curva standard di calibrazione fatta con il DNA della diagnosi del paziente, per la quantificazione dei livelli di MRM di ciascun follow-up. Per cui, la PCR quantitativa può essere limitata dalla disponibilità di materiale diagnostico. Un ampio spettro di marcatori molecolari è già stato indagato mediante ddPCR per scopi diagnostici in varie patologie tumorali. Studi recenti hanno valutato l’applicabilità della ddPCR nell’ambito delle malattie linfoproliferative dell’adulto, come i linfomi e le LLA, mostrando una buona correlazione dei risultati fra le due metodiche in entrambi gli ambiti. Tuttavia, non sono ancora disponibili lavori che valutino questa correlazione nel campo delle leucemie pediatriche. Alla luce di questo, abbiamo eseguito analisi ddPCR sugli aspirati midollari di 65 pazienti pediatrici sottoposti a TCSE, utilizzando stessi primer e stesse sonde fluorescenti usati negli esperimenti RQ-PCR, nelle medesime condizioni di reazione. Mettendo a confronto i livelli di MRM emersi coi due approcci molecolari, si è investigata l’applicabilità della metodica assoluta per il monitoraggio della MRM anche in questo contesto. Inizialmente, sono stati valutati campioni risultati, mediante RQ-PCR, positivi ma non quantificabili (PNQ), per verificare se invece si potessero quantificare mediante ddPCR. Successivamente, è stato valutato anche l’impatto prognostico dei livelli MRM pre-TCSE ottenuti tramite ddPCR. Un buon livello di concordanza è emerso dai risultati ottenuti con entrambe le metodiche (Pearson r = 0.98, P < 0.0001); la ddPCR ha permesso, inoltre, di quantificare numerosi campioni risultati non quantificabili tramite RQ-PCR. I risultati suggeriscono che il metodo assoluto possieda sensibilità, accuratezza e riproducibilità almeno paragonabili alla PCR quantitativa convenzionale. I pazienti LLA analizzati sono stati stratificati sulla base dei livelli di MRD ottenuti con le due tecniche molecolari, ma nelle analisi di sopravvivenza non sono emerse differenze significative sulla prognosi. Infatti le pEFS dei pazienti con MRM negativa e positiva quantificabile per i due metodi risultano molto simili (rispettivamente 71% e 68%). Ciononostante, dal presente studio è emerso che col metodo digital sia stato possibile misurare un valore di MRM positivo e quantificabile per almeno 12 pazienti LLA che, in seguito al trapianto, hanno presentato una recidiva; viceversa, la RQ-PCR non era stata in grado di identificare anticipatamente la ricaduta di questi pazienti. Questi dati preliminari mostrano che la ddPCR possa essere un valido strumento per il monitoraggio della MRM e applicabile anche nel contesto dei trials clinici per pazienti LLA pediatrici. Tuttavia una prosecuzione dello studio ddPCR, con estensione della casistica analizzata, potrebbe essere utile a definire con precisione la significatività delle misurazioni con questa recente metodica.