Minimal Residual Disease und leukämische Progenitorzellen bei der akuten Leukämie des Kindesalters

Abstract

Die Entstehung und Aufrechterhaltung von Krebserkrankungen scheint bei vielen Malignomen sogenannten Krebs-Stammzellen (CSCs) zugeschrieben werden zu können. Ob sich bei der ALL im Kindesalter eine bestimmte Subpopulation finden lässt oder ob der Großteil der leukämischen Blasten zur Teilung fähig ist, wird in der aktuellen wissenschaftlichen Forschung diskutiert. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden 18 Erstdiagnose-KM-Proben von kindlichen ALL-Patienten durchflusszytometrisch auf Stammzell-Merkmale untersucht. Hierfür wurden verschiedene Kombinationen der Oberflächenmarker CD34, CD38 und CD45, sowie zum funktionellen Nachweis einer erhöhten ALDH-Aktivität bei Stammzellen das Reagens Aldefluor® eingesetzt. Neben konkordanten Ergebnissen beim Vergleich mit der Vorarbeit von Ahlers, welche die Reliabilität unserer Methode bestätigen, konnten 9 Proben zur Erweiterung seiner Korrelation mit dem klinischen Verlauf kindlicher ALL-Erkrankungen verwendet werden. Unter Zusammenschau der Ergebnisse korrelierte die Höhe der leukämischen Population CD34+/CD38– bei Diagnosestellung hoch signifikant (p=0,01) mit dem MRD-Level der Verlaufsproben und folglich mit der Prognose (n=51). Zudem konnten wir nachweisen, dass bei Leukämien mit insgesamt niedriger ALDH-Aktivität (<1%), die Frequenz der ALDHbr-Population hoch signifikant mit dem MRD-Level korreliert (p<0,01). Wir finden somit zwei leukämische Subpopulationen, die bei Diagnosestellung eng mit der Prognose korrelieren. Um die Rolle der leukämischen Progenitorpopulation CD34+/CD38– bezüglich des Therapieansprechens weiter zu charakterisieren, untersuchten wir die fakultativen Stammzellen in Verlaufsproben. Analysiert und in die Studie eingeschlossen wurden Proben von 11 verschiedenen Patienten, bei denen sowohl zum Zeitpunkt der Erstdiagnose als auch im Therapieverlauf bis zu Tag 40 der Therapie Folgeproben vorlagen. Mit einer Zufallswahrscheinlichkeit von p<0,005 korrelierte das Rezidivrisiko mit dem Verlauf der Population CD34+/CD38dim/neg. Während bei einem relativen Abfall der Population im Vergleich zur Erstdiagnose um weniger als 50% mit einem erneuten Rezidiv zu rechnen war, trat bei Abfall der Population um mehr als 50% kein erneutes Rezidiv auf. Unsere Daten belegen, dass die leukämische Progenitorpopulation CD34+/CD38– bzw. CD34+/CD38dim/neg nicht nur bei Diagnosestellung mit der Prognose korreliert, sondern dass es bei ungünstigem Therapieansprechen und Rezidiven unter der Therapie zu einer Anreicherung dieser Population kommt.Der beschriebene Zusammenhang sollte prospektiv an einer größeren Stichprobe untersucht werden. Wenn sich die Ergebnisse dadurch bestätigen, könnten durch die Isolierung und funktionelle Charakterisierung dieser Population neue Therapieansätze entwickelt werden.

The development and retention of cancer seems to be attributed to the so called cancer stem cells (CSCs) found in many malignancies. It is discussed in current scientific research whether or not in childhood ALL a certain subpopulation could be found or whether the bulk of leukemic blasts are capable of cell division. In this study, 18 bone marrow samples from newly diagnosed childhood ALL patients were collected and examined by flow cytometry for stem cell characteristics. For this purpose, various combinations of surface markers CD34, CD38 and CD45, as well as for functional proof of an increased ALDH activity in stem cells, the reagent Aldefluor ® was used. In addition to the concordant results when compared to the preliminary work of Ahlers, which confirms the reliability of our method, 9 additional samples could be added to his correlation on the clinical outcome of childhood ALL diseases. Under the synopsis of these results the height of the leukemic population CD34+/CD38– at initial diagnosis correlated highly significant (p = 0.01) with the MRD levels in follow-up samples and thus with the prognosis (n = 51). In addition we were able to demonstrate that in leukemias with an overall lower ALDH activity (<1%), the frequency of the ALDHbr population correlates highly significant to the MRD levels (p <0.01). We thus find two leukemic subpopulations with a close correlation to the prognosis already present during the initial diagnosis. To investigate the role of the leukemic progenitor population CD34+/CD38- further in respect to characterize the therapeutic response, we studied the facultative stem cells in follow-up samples. Analyzed and included within the study were the samples from 11 different patients, consisting of the samples taken during the first diagnosis as well as subsequent samples taken up to the 40th day of therapy. With a chance probability of p<0.005 the risk of recurrence correlated with the decrease of the population CD34+/CD38dim/neg. While at a relative decrease of this population less than 50% compared to the first diagnosis was expected with a recurrence, no further relapses occurred when the population drop was more than 50%. Our data show that the leukemic progenitor population CD34+/CD38- respectively CD34+/CD38dim/neg does not only correlate at initial diagnosis to the outcome, further we showed that enrichment of this population during therapy lead to a poor treatment response and recurrence. The relation described should be studied prospectively on a larger patient collective. If the same results were to be confirmed, new therapeutic approaches could be developed by the isolation and functional characterization of this subpopulation.