Quantitative Analyse der minimalen Resterkrankung mit Hilfe der real-time PCR vor allogener Stammzelltransplantation bei Kindern mit ALL

Abstract

Die allogene Stammzelltransplantation (allo-SZT) ist ein wesentliches Therapieelement in der Behandlung von Kindern mit ALL. Viele Kinder rezidivieren jedoch nach allo-SZT. Die Menge residueller Leukämieblasten (minimal residual disease, MRD) vor allo-SZT könnte einen entscheidenden prognostischen Parameter für diese Kinder darstellen. Wir haben retrospektiv den Zusammenhang zwischen der aus einer Knochenmark- oder Peripherblutprobe vor allo-SZT ermittelten MRD-Last und dem ereignisfreien Überleben nach SZT bei Kinder mit ALL untersucht. 108 Patienten, bei denen sowohl mindestens ein molekularer Marker gefunden wurde und außerdem genügend Untersuchungsmaterial vorhanden war, konnten in die Studie eingeschlossen werden. Bei 85 Patienten wurde der MRD-Befund aus dem Knochenmark erhoben, bei 23 Patienten aus dem Peripherblut, im Median wurde MRD 15 Tage vor allo-SZT quantifiziert. Alle Patienten befanden sich zum Zeitpunkt der Transplantation in kompletter Remission: 35 in CR1, 53 in CR2 und 20 in CR3. MRD wurde mittels real-time PCR bestimmt, wobei T-Zell-Rezeptor- und Immunglobulingenrearrangements als molekulare Marker dienten. Die mediane Sensitivität der MRD-Detektion lag bei 10-4, d.h. eine leukämische Zelle kann unter 10 000 normalen Zellen erkannt werden.

Aufgrund des MRD-Befundes wurden die Patienten in die Gruppen MRD high-level (MRD >= 10-3), MRD low-level (MRD < 10-3) und MRD-negativ eingeteilt. Von den 85 Patienten, bei denen MRD im Knochenmark bestimmt werden konnte, waren 33 Patienten MRD-negativ, 20 low-level positiv und 32 high-level positiv. Die 3-Jahres-Überlebensraten für diese Gruppen waren 79% (negativ), 44% (low-level) und 16% (high-level) (p < .0001). Eine multivariate Analyse bestätigt die Signifikanz des MRD-Status als unabhängigen prognostischen Faktor gegenüber den anderen prognostischen Faktoren Geschlecht und Remissionsstatus des Empfängers, HLA-Identität und Verwandtschaft des Spenders, Herkunft der Stammzelle, T-Zell-Depletion und Art der Konditionierung (p < .005). Es besteht also ein starker Zusammenhang zwischen MRD-Level vor allo-SZT und Outcome nach allo-SZT. Um die Frage nach der Grenzkonzentration zu klären, die für das Auftreten eines Rezidives prädiktiv sein könnte, wurde die Gruppe „low-level MRD“ weiter unterteilt. Patienten mit einer MRD-Last < 10-4 und Patienten mit einer MRD-Last von < 10-3 und >= 10-4 haben mit 45 bzw. 43% signifikant unterschiedliche, jedoch ähnliche Überlebensraten. Ab Erreichen einer MRD-Last von 10-3 sinkt das EFS auf 16% ab. Hier werden neue therapeutische Strategien wie zusätzliche zytoreduktive Therapie vor allo-SZT oder präventive Immuntherapie nach allo-SZT diskutiert. Die Beobachtung, dass auch Kinder mit high-level MRD eine lang anhaltende Remission erreichen können, spricht für einen GvL (Graft-versus-Leukemia)-Effekt, der entweder durch akute GvHD oder Immuntherapie erzielt werden kann.

Eine einzige MRD-Analyse vor allo-SZT identifiziert die Patienten mit dem höchsten Rezidivrisiko. Es scheint daher angebracht, groß angelegte prospektive Studien durchzuführen, die zum einen eine Statifizierung gemäß MRD-Level vor allo-SZT beinhalten und zum anderen für Patienten in bestimmten MRD-Gruppen Therapiemodifikationen vorsehen. Ziel ist es, anhand solcher Studien zu bestätigen, dass aufgrund der standardisierten MRD-Quantifizierung vor allo-SZT wichtige therapeutische Entscheidungen getroffen werden können.

Allogeneic stem cell transplantaion (allo-SCT) is a substantial element of therapy of childhood acute lymphoblastic leukemia (ALL). However, many children relapse after having had stem cell transplantation. The amount of residual leukemia blast cells (minimal residual disease, MRD) measured before allo-SCT could describe a crucial prognostic parameter for these children.

We retrospectively investigated the correlation between MRD and event-free survival after stem cell transplantation in children with ALL. 108 patients were included in the study, provided that at least one molecular marker and enough diagnostic peripheral blood or bone marrow samples were available. MRD was estimated by TaqMan real-time PCR using T-cell receptor and immunoglobulin gene rearrangements as molecular markers. Median sensitivity of MRD detection was 10-4 meaning that one leukemic cell can be identified among 10 000 normal cells. In 85 patients MRD was quantified in bone marrow samples, in 23 patients MRD was measured in peripheral blood samples. In median, MRD was quantified 15 days pre-allo-SCT. All patients were in complete remission at the time of transplantation. Of these 35 were in first complete remission (CR1), 53 in second (CR2) and 20 in third complete remission (CR3). According to MRD patients were classified in the following groups: MRD high-level (MRD >=10-3 ), MRD low-level (MRD< 10-3 ) and MRD negative. Out of 85 patients where MRD was quantified in bone marrow samples 33 were MRD negative, 20 were low-level positive and 32 were high-level positive. 3-year event-free survival rates for these groups were 79% (MRD negative), 44% (MRD low-level positive) and 16% (MRD high-level positive) (p< 0,0001) Multivariate analysis shows that MRD is a significant independent prognostic factor compared to other prognostic factors like gender and state of remission of acceptor, HLA-identity of donor, relationship between donor and acceptor, origin of the stem cells, T-cell depletion and kind of conditioning. (p< 0,005) This shows that there is a strong correlation between MRD level pre-allo-SCT and outcome after allo-SCT. In order to determine the threshold level of MRD which could be predictive for relapse we subdivided the group “low-level MRD”. The groups “ MRD < 10-4 “ and “MRD < 10-3 and >= 10-4” have event-free survival rates of 45% and 43%, respectively. These survival rates are statistically significant. A level of MRD >= 10-3 decreases event-free survival to 16%. For these patients new therapeutical strategies, e.g. additional cytoreductive therapy before allo-SCT or preventive immunotherapy are being discussed. The fact that even children with high-level MRD can attain long lasting remission suggests a graft-versus-leukemia effect, which can either be achieved by acute graft-versus-host-disease or immunotherapy.

One single MRD analysis pre-allo-SCT is sufficient to identify those patients with highest risk of relapse. Therefore it is advisable to perform large scale prospective studies including stratification according to MRD pre-allo-SCT on the one hand and arrange modifications in therapy in certain MRD groups on the other hand. The aim of these studies is to prove that by applying standardized MRD quantification pre-allo-SCT important therapeutical decisions can be made.