Clinical relevance of minimal residual disease detection by flow cytometry in childhood acute lymphobalstic leukemia

Die prognostische Bedeutung des Nachweises von minimaler Resterkrankung im Krankheitsverlauf bei akuten lymphoblastischen Leukämien im Kindesalter und beim Erwachsenen ist in den letzten Jahren durch mehrere Studien belegt worden. Die Kinetik der Blastenreduktion in der Induktionstherapie hat sich als prognostisch relevant erwiesen und wird in vielen Therapieoptimierungsstudien als ein wesentlicher Parameter für eine risikoadaptierte Therapiestratifikation herangezogen. Derzeit stehen drei hochsensitive und spezifische Methoden für die Detektion von MRD zur Verfügung: Die multiparametrische Durchflußzytometrie (FCM), die Polymerase- Ketten-Reaktion von Fusionsgen Transkripten (RT-PCR) und die RQ-PCR von Leukämie spezifischen klonalen Immunglobulin- oder T-Zell Rezeptor Genumlagerungen. In dieser Arbeit wird die Dynamik der Reduktion der Leukämiezellmasse und die Detektion von MRD mittels FCM bei der ALL im Kindesalter im Rahmen einer prospektiven Begleituntersuchung des ALL-BFM 2000 Therapieprotokolls untersucht. Erstmals konnte für die MRD-Detektion mittels FCM gezeigt werden, dass durch Standardisierungs- und Qualitätskontrollmaßnahmen in einer internationalen, multizentrischen Studie, ein sehr hohes Maß an Übereinstimmung erreicht werden kann. Durch die kritische Analyse und den Vergleich der Sensitivität und Spezifität der FCM- MRD Detektion mit den molekularbiologischen MRD-Verfahren mittels RQ-PCR wurden die Grundlagen für die klinische Korrelation der FCM-MRD Ergebnisse geschaffen. So haben sich verschiedene Algorithmen der FCM-MRD Risiko¬stratifizierung hinsichtlich Remissionsinduktion, Ereignis freiem Überleben (EFS) und Gesamtüberleben (OS) als klinisch relevant erwiesen. Darüber hinaus ließ sich mittels vergleichender Genexpressionsanalysen bei persistierenden Leukämiezellen eine verminderte Proliferationsaktivität und die Hochregulation bestimmter Oberflächenmerkmale feststellen. Diese Phänomene werden zum einen als mögliche Ursachen für eine Therapieresistenz diskutiert werden und ermöglichen zum anderen eine noch sensitivere und spezifischere Detektion von Leukämiezellen.. Damit zeigt diese Arbeit nicht nur die klinische Relevanz der FCM MRD-Detektion für die ALL im Kindesalter, sondern auch erstmals deren multizentrische Durchführ¬barkeit. Ausserdem ließen sich zellbiologische Ursachen für eine Therapieresistenz charakterisieren, die für eine weitere Identifikation persistierender leukämischer Zellen genutzt werden könnte.Recent studies have indicated a significant role for the detection of minimal residual disease in adult and childhood acute lymphoblastic leukaemia. Blast reduction kinetics during induction therapy have proved to be of significant prognostic importance and are used for risk adapted therapy stratification in many studies. Today, three highly specific and sensitive methods are available for MRD detection: Multiparametric flow cytometry immunophenotyping (FCM), real-time quantitative polymerase chain reaction (RQ-PCR)-based detection of fusion gene transcripts or breakpoints, and RQ-PCR-based detection of clonal immunoglobulin and T-cell receptor gene rearrangements. In this study FCM was applied to analyze blast reduction kinetics and MRD within the ALL-BFM 2000 study protocol for childhood ALL. It is shown for the first time, that a multicentric assessment of FCM-MRD is feasible due to stringent standardization and quality control measures. Furthermore, critical analysis and comparison of RQ-PCR techniques with FCM were performed to build the basis for the clinical correlation of FCM-MRD data. Several FCM-MRD based algorithms for risk stratification were tested and proved to have a significant impact on remission induction and overall survival. Besides, DNA microarray techniques were applied to evaluate genome-wide gene expression patterns in persisting blast cells of individual patients yielding results which point to a decreased proliferative capacity and increased expression of adhesion receptors. These features may account for their persistence during therapy and affect their sensitivity to further treatment