Measurable residual disease for early relapse detection in childhood acute leukemia

Abstract

Introducción La leucemia aguda en la infancia es la enfermada maligna más frecuente en la infancia. Aunque su pronóstico ha mejorado considerablemente, la recaída sigue siendo uno de los principales obstáculos para la curación de estos pacientes. La enfermedad medible residual (EMR), definida como el número de células remanentes tras el tratamiento por debajo del umbral de la observación citomorfológica, ha sido de vital importancia para la clasificación de estos pacientes en distintos grupos de riesgo de recaída. Sin embargo, el papel que esta tiene en la monitorización de la enfermedad tras el tratamiento es un campo en desarrollo.

En esta tesis se describe nuestra experiencia en la monitorización de la enfermedad medible residual en la leucemia aguda en la infancia mediante las técnicas disponibles en nuestro centro, su relación con la recaída y el resultado de diferentes intervenciones precoces realizadas en la práctica clínica. Se analiza también el impacto de la genética de las células tumorales, así como trasplante de progenitores hematopoyéticos en la cinética de recaída y su implicación en la frecuencia de monitorización conveniente para la detección de la recaída de manera precoz.

Materiales y métodos Se revisaron los datos clínicos y de laboratorio de los pacientes pediátricos diagnosticados de leucemia mieloide aguda (LMA) entre 2012 y 2022 y de los pacientes pediátricos diagnosticados de leucemia aguda linfoblástica (LLA) entre junio de 2013 y febrero de 2022 en nuestro centro y se evaluó la asociación entre la reaparición de la EMR detectada mediante citometría de flujo multiparamétrica (CFM), reacción en cadena de la polimerasa (PCR) e hibridación in situ fluorescente (FISH) con la aparición de una recaída de la enfermedad.

Por otra parte, se analizó el impacto de las diferentes alteraciones genéticas de las células leucémicas y el trasplante de progenitores hematopoyéticos en la cinética de recaída en una cohorte de pacientes de leucemia mieloide aguda, tanto pediátricos como adultos, diagnosticados y tratados en los países nórdicos.

Resultados En los 20 pacientes diagnosticados y tratados de LMA en nuestro centro, observamos una asociación positiva entre la reaparición de la EMR por CFM, la reaparición de reordenamientos del gen KMT2A o la t(9;9) y el incremento igual o superior a diez veces en la expresión del gen WT1 en dos muestras consecutivas con la aparición de una recaída posterior (p-valores de 0.0016, 0,003 y 0,02, respectivamente). Sin embargo, no encontramos asociación alguna entre la reaparición de la t(8;21) y la recaída.

En los 80 pacientes diagnosticados y tratados de LLA en nuestro centro, observamos una asociación positiva entre la reaparición de la EMR por CFM, así como de reordenamientos específicos de la célula tumoral detectados mediante PCR y FISH (p < 0,00001, p < 0,035 y p < 0,00001, respectivamente).

En cuanto a la relación entre la genética de la célula leucémica y la cinética de la recaída, encontramos una mayor velocidad de recaída en las leucemias con reordenamientos del gen KMT2A respecto a las leucemias con factor de unión nuclear o mutaciones en el gen NPM1 (p = 0,0001 y p= 0,05 respectivamente) y una mayor velocidad de recaída en los pacientes trasplantados, sobre todo si la recaída se producía en los primeros días o meses tras el trasplante (p = 0,041).

Conclusiones La enfermedad mínima residual es una herramienta útil para adelantarnos a la recaída, tanto en la LMA como en la LLA en la infancia. La genética de la célula tumoral y la presencia o no de trasplante en el tratamiento son factores a considerar a la hora de determinar la frecuencia de monitorización tras el tratamiento. La efectividad de estrategias de tratamiento anticipado basadas en la monitorización de la EMR debe ser evaluada en ensayos clínicos adecuadamente controlados y aleatorizados.

Introduction Acute leukemia in childhood is the most common malignant disease in childhood. Although their prognosis has improved considerably, relapse remains one of the main obstacles to the cure of these patients. Measurable residual disease (MRD), defined as the number of cells remaining after treatment below the threshold of cytomorphological observation, has been of vital importance for the classification of these patients into different risk groups for relapse. However, the role it has in monitoring the disease after treatment is a developing field.

This thesis describes our experience in monitoring residual measurable disease in acute leukemia in childhood using the techniques available in our center, its relationship with relapse and the result of different early interventions carried out in clinical practice. The impact of the genetics of tumor cells, as well as transplantation of hematopoietic progenitors on the kinetics of relapse and its implication in the frequency of convenient monitoring for the early detection of relapse, is also analyzed.

Materials and method Clinical and laboratory data of pediatric patients diagnosed with acute myeloid leukemia (AML) between 2012 and 2022 and of pediatric patients diagnosed with acute lymphoblastic leukemia (ALL) between June 2013 and February 2022 in our center were reviewed and the association between the reappearance of MRD detected by multiparametric flow cytometry (MFC), polymerase chain reaction (PCR) and fluorescence in situ hybridization (FISH) with the occurrence of disease relapse were evaluated.

On the other hand, the impact of the different genetic alterations of the leukemic cells and the transplantation of hematopoietic progenitors on the kinetics of relapse was analyzed in a cohort of acute myeloid leukemia patients, both pediatric and adult, diagnosed and treated in the Nordic countries.

Results In the 20 patients diagnosed and treated for AML in our center, we observed a positive association between the reappearance of MRD by MFC, the reappearance of rearrangements of the KMT2A gene or t(9;9) and the increase equal to or greater than ten-fold increase in WT1 gene expression in two consecutive samples with the occurrence of subsequent relapse (p-values of 0.0016, 0.003 and 0.02, respectively). However, we did not find any association between the reappearance of t(8;21) and relapse.

In the 80 patients diagnosed and treated with ALL at our center, we observed a positive association between the reappearance of MRD by MFC, as well as specific rearrangements of the tumor cell detected by PCR and FISH (p < 0.00001, p < 0.035 and p < 0.00001, respectively).

Regarding the relationship between the genetics of the leukemic cell and the kinetics of relapse, we found a higher speed of relapse in leukemias with rearrangements of the KMT2A gene compared to leukemias with nuclear binding factor or mutations in the NPM1 gene (p = 0.0001 and p= 0.05 respectively) and a higher speed of relapse in transplant patients, especially if the relapse occurred in the first days or months after the transplant (p = 0.041).

Conclusions Minimal residual disease is a useful tool to anticipate relapse, both in AML and ALL in childhood. The genetics of the tumor cell and the presence or absence of a transplant in the treatment are factors to consider when determining the frequency of monitoring after treatment. The effectiveness of early treatment strategies based on MRD monitoring should be evaluated in adequately controlled and randomized clinical trials.