Trapianto di midollo osseo

Parlando di trapianto di cellule staminali ematopoietiche, bisogna innanzitutto distinguere due tipi di situazioni: un trapianto autologo ed un trapianto allogenico.

Il trapianto autologo è un tipo di trapianto in cui il donatore è lo stesso ricevente prima di sottoporsi ad una terapia molto intensa. Qual è il razionale che vi sta alla base? Esiste in teoria e anche in certi limiti un rapporto dose/risposta quando si infonde la chemioterapia o si sottopone un paziente a radiazioni. Più chemioterapico si infonde, più aumenta la risposta. Il trapianto autologo si basa su questo principio, cioè si somministrano dosi molto elevate di terapia per aumentare le percentuali di guarigione.

D’altra parte non si può dimenticare che un farmaco è in quanto tale tossico ed aumentandone le dosi aumentiamo anche la sua tossicità. Il primo effetto negativo è l’influenza che questi chemioterapici hanno sul midollo osseo, che è formato da cellule in grande attività mitotica e quindi sensibili alla terapia. Con queste dosi si elimina completamente il midollo osseo del paziente e da qui si utilizza il trapianto autologo. Questo tipo di trattamento consiste nel sottoporre il paziente al prelievo di cellule staminali emopoietiche dal midollo, poi queste vengono trattate e congelate in un recipiente ad azoto liquido. In seguito si procede con la chemioterapia, con la TBI (o Total Body Irradiation) o ad entrambe a seconda del tipo e della gravità del tumore. Finita la terapia il paziente è stato privato della sua capacità emopoietica, a questo punto si effettua l’infusione delle sue cellule staminali emopoietiche, che una volta attecchite ridaranno origine alla emo/linfopoiesi.

In sostanza si cerca di aumentare l’effetto dose/risposta e il trapianto autologo permette di superare la tossicità ematologica. Ovviamente non si possono infondere dosi maggiori, perché la tossicità di un chemioterapico si esplica a livello di tutti i tessuti proliferanti, quindi colpisce non solo il midollo osseo, ma anche le mucose, la cute, ecc… . Inoltre vi sono dei possibili rischi di recidiva, visto che la terapia potrebbe non aver eradicato il tumore dal paziente, o peggio ancora il medico potrebbe aver aspirato qualche cellula neoplastica insieme a quelle staminali emopoietiche e reinfondendole si potrebbe peggiorare la situazione. Questo in sostanza è il trapianto autologo, che viene comunemente effettuato, non a caso nel 2007 ci sono stati ben 15491 trapianti autologi in Europa, la maggior parte dei quali è stata effettuata su pazienti affetti da mieloma multiplo, dal linfoma non Hodgkin, dal linfoma di Hodgkin e altre malattie per lo più ematologiche neoplastiche, che potevano beneficiare di alte dosi di chemioterapico, in seguito alle quale era necessario re-infondere cellule staminali emopoietiche.

L’altro tipo di trapianto, che è il trapianto più comune, è quello allogenico. Per il trapianto allogenico vi sono due protagonisti: un paziente che deve essere trattato e un donatore sano. Le due operazioni si svolgono in parallelo, ovvero mentre si porta avanti la chemioterapia del paziente, si prepara il donatore. Manca quindi la fase di congelamento che era prevista nel trapianto autologo ed è importante che queste due operazioni convergano nel giorno zero, che è quel giorno del trapianto in cui il paziente è pronto per ricevere le cellule e il donatore sano è pronto a donarle. L’esito è quello di un paziente ricostituito e guarito dalla malattia. Si ricorre ancora molto a questo tipo di trapianto, anche se in misura minore rispetto a quello autologo, in Europa nel 2007 ci sono stati 10072 trapianti allogenici di midollo. Questo trapianto è un po’ più complicato dell’autologo e da più problemi dal punto di vista della istotollerabilità, per cui il paziente trapiantato deve sottoporsi ad una cura immunosoppressiva per il resto della vita.
Tra le malattie ampiamente trattate con questo tipo di trapianto svettano molte leucemie, come la leucemia mieloide acuta, la leucemia linfatica acuta, le leucemie mielo-displasiche, il linfoma non Hodgkin, il linfoma di Hodgkin ed accanto a tutte queste patologie neoplastiche si nota come questo tipo di trapianto sia indicato anche in patologie non neoplastiche, come le aplasie midollari gravi, alcuni tipi di talassemie, ecc… . In particolare, l’88 % delle malattie che giovano di questo tipo di intervento sono di tipo neoplastico e per il 12 % riguardano i disordini del midollo del ricevente. E’ ovvio che una patologia come la talassemia od una aplasia grave, in cui il difetto è insito nel midollo malato del ricevente, non si possa che curare con questo tipo di trapianto, infondendo delle cellule staminali emopoietiche sane.

 

Le fasi del trapianto

Un trapianto sostanzialmente si articola in quattro fasi:

  • Raccolta delle cellule staminali
  • Condizionamento
  • Trapianto
  • Terapia post-trapianto

La prima fase è la raccolta, senza la quale non può avvenire il trapianto ovviamente. La raccolta può avvenire sostanzialmente in 3 modi o meglio possiamo prendere queste cellule in 3 zone diverse:

  • Dal midollo osseo (ad esempio dalla spina iliaca), che è la sede in cui normalmente risiedono
  • Dal sangue periferico
  • Dal cordone ombelicale

Il midollo è la sede preferenziale, visto che è la parte del nostro organismo in cui risiedono queste cellule. Vengono estratte soprattutto dal midollo dell’osso coxale, che è particolarmente ricco in midollo rosso, quindi ematopoieticamente attivo ed in particolare dalla spina iliaca postero-superiore da entrambe i lati. Attraverso numerosi fori si aspira la quantità di midollo che serve ed è necessaria per il trapianto. La donazione è una piccola operazione chirurgica che si svolge in sala operatoria mentre il paziente è sotto anestesia totale. Il prodotto finale è il sacco di raccolta (con anticoagulante) che si riempie di quello che attraverso una siringa si raccoglie dall’osso del bacino del donatore puntura per puntura. L’operazione viene effettuata da un operatore che passa poi la siringa all’addetto al sacco che procede con il riempimento di questo. In totale l’equipe è composta da minimo 5 addetti, di cui uno è addetto al sacco, tre all’intervento ed un anestesista. I prelievi sono piccoli, al massimo di 4-5 ml, e si arriva poi ad una raccolta di 1-1,5 l di sangue midollare.

Visto e considerato che questo tipo di donazione è un intervento a tutti gli effetti e che quello che interessa prelevare non è tanto il midollo, quanto le cellule CD34+, cioè le cellule staminali emopoietiche, si possono prelevare da altre sedi, come il sangue, che è facilmente reperibile.
Il problema è questo: ci sono delle cellule staminali emopoietiche nel sangue? Normalmente no, o meglio ce ne sono troppo poche, tuttavia si può trattare il donatore sottoponendolo ad un trattamento che prende il nome di mobilizzazione, che consiste nel trattamento del paziente con farmaci come per esempio il GCSF (Granulocyte Colony Stimulating Factor), un farmaco iniettato nel sottocutaneo che dopo 4-5 giorni induce una proliferazione dei precursori del midollo e ne facilita la fuoriuscita dal midollo al sangue periferico.
Questo farmaco viene somministrato come tale e ha delle dosi farmacologiche, gli esseri umani in realtà producono GCSF che fisiologicamente ha una concentrazione molto più bassa e non induce l’effetto ora desiderato, cioè la mobilizzazione delle cellule staminali nel sangue. Questo fattore è il principale fattore stimolante la granulopoiesi e fisiologicamente ha dosi che si aggirano sui 20-90 pg/ml, che possono salire fino a 800-4000 pg/ml in caso di infezioni batteriche, per arginare la deplezione di granulociti che si ha in questi casi, mentre nella mobilizzazione si raggiungono i 20’000-40’000 pg/ml, che inducono non solo la mobilizzazione, ma anche un aumento enorme dei leucociti migranti e quindi durante questa fase il donatore avrà una leucocitosi periferica (dai 30’000 fino ai 60’000 globuli bianchi per mm3 di sangue), che scomparirà nel momento in cui la cura di GCSF verrà sospesa, cioè effettuata la donazione.

Un ulteriore metodo per accedere alle cellule CD34+ è quello di utilizzare il cordone ombelicale, che è ricchissimo di cellule staminali. Attualmente dopo la nascita il cordone può essere buttato, oppure custodito in una sacca e congelato sotto azoto liquido a -180°C, anche per diversi anni, senza rischio né per il bambino né per la madre, affinché, laddove sia necessaria una fonte di CD34+, si possano reperire queste cellule in maniera rapida e senza problemi inerenti all’istocompatibilità. Vi sono molti aspetti positivi in tale trattamento:

  • Relativamente ricco di cellule staminali emopoietiche
  • Facile da ottenere
  • Nessun rischio per la madre né per il bambino
  • Nessun rischio di contaminazioni (specie per il CMV)
  • Conservato per anni in azoto liquido
  • Immediatamente disponibile

Anche se questo tessuto è molto ricco di cellule staminali, il cordone è comunque piccolo e in quanto tale non ha una quantità di cellule sufficienti per un buon trapianto di cellule staminali emopoietiche in un adulto, il discorso cambia se si parla di un bambino per il quale sono più che sufficienti.

Una volta conclusa la fase della raccolta delle cellule staminali, si deve infonderle nel ricevente. Si passa quindi alla fase del condizionamento del ricevente in modo tale da prepararlo a ricevere le cellule staminali del donatore. Questo è un trattamento della durata circa di una settimana che ha principalmente due scopi: cercare di eradicare la malattia di base, ovviamente si fa tutto il possibile, ma come è noto nel caso di malattie neoplastiche, che sono quelle che maggiormente si avvalgono di queste tecniche, non sempre questo è possibile e per cercare di fare questo si somministrano dosi molto elevate di chemioterapico, un po’ sul razionale del trapianto autologo, sperando di eliminare tutti i cloni neoplastici, che, essendo mitoticamente molto attivi, risentono di più dell’effetto farmacologico rispetto alle altre cellule. Il secondo obbiettivo è quello di prevenire il rigetto e per questo il regime di condizionamento deve includere un ciclo di immunosoppressori, fra cui quello maggiormente utilizzato fino a poco fa era la ciclofosfammide a dosaggi da 120 mg, fino a 200 mg/kg. Questo è un farmaco con una spiccata capacità immunosoppressiva e serve a prevenire il rigetto, perché nonostante il donatore ed il ricevente siano HLA compatibili, sono comunque molto diversi da altri punti di vista, il che significa che il sistema immunitario del ricevente riconoscerebbe comunque come estranee le cellule del donatore, nonostante la compatibilità del sistema HLA.

Quando si trapiantano le cellule emopoietiche del donatore, queste cellule esprimono milioni di molecole in superficie e antigeni: se il ricevente ha ancora un sistema immunitario intatto, allora i linfociti del ricevente attaccheranno le cellule del donatore, tenderanno ad uccidere le cellule staminali trapiantate ed avviene il rigetto.
Questo può essere ostacolato in due modi: prima di tutto con il condizionamento e con la terapia immunosoppressiva a base di ciclofosfamide, secondariamente ci può essere un elemento cellulare importante che è rappresentato dai linfociti del donatore.
Quando si trapiantano le cellule staminali emopoietiche tramite l’aspirazione del midollo non si infondono solo le cellule staminali, ma anche eritrociti, piastrine, megacariociti e, di fondamentale importanza, anche i linfociti del donatore, che riconoscono come estranee le cellule del ricevente, fra cui i linfociti del ricevente, se ce ne sono ancora, che vengono attaccati e distrutti. Perché si abbia quindi un buon attecchimento delle cellule staminali bisogna avere almeno tre fattori:

  • Una buona identità genetica del sistema HLA fra ricevente e donatore
  • Condizionamento sufficentemente immunosoppressivo
  • Il contenuto di linfociti del donatore nella massa trapiantata

A questo punto si passa al trapianto, che non è un evento complicato, non è un intervento chirurgico e si effettua molto facilmente. Il ricevente solitamente è già portatore di un catetere centrale, che finisce in vena cava superiore e in atrio destro, e a questo, tramite un filtro normalissimo, si attacca la sacca di raccolta. Solitamente è un procedimento che dura qualche ora, ma di per se è una semplice infusione di liquidi contenenti un gran numero di cellule del donatore e non è nulla di complicato, anzi è la parte più semplice di tutto il processo.

 

Terapia post-trapianto

Sicuramente più complicata è la terapia post-trapianto. La prima cosa che si controlla è l’andamento della malattia, per la quale il paziente è stato sottoposto alla chemioterapia o alla TBI, che si spera sia stata eradicata del tutto, ma al di là di questo si sottopone il paziente a delle intense terapie di supporto per accompagnare il paziente nell’arco delle due settimane circa (di solito dai 12 ai 15 giorni) che sono necessarie per il completo attecchimento delle cellule staminali emopoietiche prima e per la ripresa dell’emopoiesi in seguito. Questo tempo non è fisso, ma dipende dal numero di cellule staminali che si riesce ad infondere al ricevente. In questa fase quello che si vede è l’effetto della terapia di condizionamento, dell’irradiazione totale se questa è stata inclusa nel condizionamento, e del chemioterapico somministrato. Di norma quando un condizionamento è completamente mielo-ablativo, nella settimana successiva, nel sangue si trova un numero di globuli bianchi di 20-30 per μl, mentre normalmente sono variabili dai 6’000 ai 10’000, inoltre si manifesta una piastrinopenia importante oltre al fatto che il paziente inizia ad essere anemico. Per arginare l’anemia e la piastrinopenia si infondono delle trasfusioni di concentrati eritrocitari e piastrinici, mentre per la leucopenia si somministra una robusta profilassi antibatterica, antimicotica, antivirale e si tiene il paziente in isolamento inverso, cioè si tiene il paziente in una stanza singola con aria filtrata a pressione positiva, questo perché i pazienti sono fragilissimi e devono essere esposti al minor numero possibile di contatti con possibili agenti patogeni.

Uno dei maggiori rischi nelle prime fasi per questi pazienti sono rappresentati dagli agenti infettivi. Nei primi trenta giorni dal trapianto il vero rischio è quello dato dalla neutropenia estrema, nelle fasi successive il pericolo è dovuto ad una immunodeficienza, quindi una mancata immunità cellulare che può esporre il paziente ad infezioni, e questo effetto è coadiuvato dalla terapia immunosoppressiva. I principali agenti infettivi che possono infettare l’individuo sono agenti virali, come CMV, EBV e tanti altri, i batteri, soprattutto nella prima fase, sia Gram – che +, e funghi come la candida e l’aspergillo. Anche quando il paziente uscirà dalla camera sterile in cui è ricoverato e anche a domicilio dove dovrà continuare ad effettuare la terapia immunosoppressiva sarà esposto al rischio di infezioni opportuniste e non, quindi dovrà essere regolarmente controllato con profilassi antivirali, antibatteriche e antifungine.

Ora il trapianto è attecchito, ma vi può essere il Graft versus host disease, cioè la malattia del trapianto rivolta contro l’ospite, intendendo come ospite il ricevente. Quando il trapianto è effettuato, il paziente riceve oltre alle cellule staminali anche i linfociti del donatore, che essendo stati istruiti nel timo a riconoscere il self e ad attaccare il non self, ma questo self e non self riguarda il donatore ed essendo il donatore diverso dal ricevente anche se hanno identità per le HLA, un qualsiasi antigene self del ricevente presentato in MHC può essere riconosciuto come non self, perché ci sono alloantigeni diversi da persona a persona, così si ha l’attivazione della risposta immunitaria che culmina con l’eliminazione delle cellule presentanti quell’antigene. Questo fenomeno si può manifestare nei confronti della cute, si ha infatti la Graft cutanea, che in forma acuta si manifesta come un eritema che può essere più o meno trattato, oppure si può manifestare contro le cellule del fegato, oppure ancora contro la mucosa intestinale.

La GVHD solitamente si può manifestare in due forme: una acuta ed una cronica.

La forma acuta si manifesta nei 30 giorni successivi al trapianto, si manifesta tipicamente con alterazioni cutanee e/o epatiche e/o intestinali. I principali sintomi sono:

  • Per quanto riguarda la cute abbiamo un eritema, un esantema macropapulare, delle lesioni pruriginose o dolenti, rosse o violacee, con inizio sui palmi delle mani e la pianta dei piedi, poi si diffondono, inoltre possiamo avere una dermatite esfoliativa severa (sindrome di Steven Johnson)
  • Per quanto riguarda il fegato si ha l’ittero colestatico
  • Per quanto riguarda l’intestino si ha un dolore crampiforme, una diarrea profusa e delle ulcerazioni emorragiche digestive

Può essere controllata con la terapia immunosoppressiva, che può essere più o meno efficace. Inoltre questa GVHD acuta può essere grave e allora bisogna intestificare la terapia immunosoppressiva, altrimenti si rischia la morte del paziente, oppure può essere più leggera e quindi traformarsi in un evento positivo, perché attaccando le cellule del ricevente può anche attaccare le cellule tumorali e quindi aumentare la quantità di pazienti long survivals.

La GVHD si può manifestare anche in forma cronica, in particolare si manifesta tipicamente dai 2 fino ai 15 mesi dopo il trapianto e si manifesta nel 25-45 % dei pazienti, quindi è largamente diffusa, più frequente se il paziente riceve delle cellule staminali periferiche, perché con questa metodica si ricevono più linfociti del donatore. I sintomi sono più vari:

  • A livello cutaneo abbiamo una dispigmentazione, un eritema ed una possibile insorgenza di sclerodermia
  • Disfunzioni epatiche
  • Esofagiti
  • Infiammazioni della mucosa orale o sindrome sicca
  • Miositi e contratture
  • Perdita di peso
  • Infezioni batteriche ricorrenti

Questa malattia ha anche degli aspetti positivi, perché l’attacco delle cellule del donatore nei confronti di quelle del ricevente, come detto prima, si può manifestare anche nei confronti della leucemia e quindi si manifesta la cosìdetta GVL, Graft Versus Lukemia, o più genericamente chiamata GVT, Graft Versus Tumor.
Il funzionamento di questo fenomeno è esattamente lo stesso identico della GVHD, solamente che invece di colpire le cellule sane, colpisce le cellule tumorali ed in questo caso si ha un effetto positivo. Sarebbe auspicabile trovare antigeni tumori-specifici in modo tale da selezionare linfociti T reattivi nei confronti di antigeni tumorali, ma non sempre è possibile, inoltre i due fenomeni, cioè GVHD e GVL si ritrovano contemporaneamente nel paziente.

 

IL DONATORE

Si possono avere diversi tipi di trapianti allogenici:

  • Singenico
  • Consanguineo HLA identico
  • Non consanguineo HLA identico
  • Consanguineo aploidentico

Il trapianto singenico è un tipo di trapianto in cui il donatore è il gemello omozigote del ricevente, un evento molto raro, oppure, più frequentemente, si ha un fratello o una sorella HLA identico/a, quindi un trapianto consanguineo HLA identico. Il sistema HLA si trasmette per aplotipi, cioè una combinazione sul cromosoma 6 di un certo tipo di alleli si trasmette secondo le leggi di Mendel perché è una regione abbastanza compatta. Questo significa che vi sono da un incrocio 4 tipi di possibilità, quindi su 5 figli sicuramente 2 saranno HLA identici. Non solo, ma essendo anche consanguinei avranno anche gran parte di geni in comune, riducendo quindi il GVHD, il rovescio della medaglia è che è ridotta anche il GVL. Quindi la probabilità di avere un donatore HLA-identico consanguineo è di 2 su 5, cioè il 40 %, ma non avendo tutti 4 fratelli/sorelle si ha che la probabilità si abbassa al 25-30 %.
Resta il fatto che ci sono pazienti che hanno bisogno di fare il trapianto e che non hanno fratelli o sorelle HLA-identici, allora si è venuta a creare una banca dati mondiale di possibili donatori di cellule staminali emopoietiche, cercando il cosìddetto Matched Unrelated Donor, cioè un donatore HLA-identico ma non consanguineo. La probabilità di avere un individuo di questo tipo nella popolazione è di 1 : 1’000 per aplotipi molto comuni, mentre di 1 : 1’000’000 o anche meno per aplotipi diversi. Se si vuole trovare un paziente attiggendo ad un non consanguineo bisogna avere un pool molto vasto di donatori e creare una banca dati veramente grande. Si è venuta a creare la società Bone Marrow Donors Worldwide, che raccoglie i registri e le banche dati di tutti gli stati del mondo cercando di confluire gli sforzi per trovare un possibile donatore per ogni possibile paziente che necessiti di un trapianto allogenico. Questa organizzazione conta di 66 registri in 45 nazioni e 46 banche di sangue provenienti da cordoni ombellicali provenienti da 27 paesi. Mettendo insieme tutto questo si ha un pool di possibili donatori di 15 milioni, aumentando notevolmente la possibilità di trovare un donatore HLA-identico per un possibile trapianto e mezzo milione di banche di sangue provenienti dai cordoni ombellicali.

Registro Donatori
USA 5.997.284
Germania 4.080.883
Israele 551.831
UK 419.502
Giappone 375.994
Italia 331.576
Taiwan 319.849
Canada 269.762
Francia 187,739
Australia e Nuova Zelanda 182,505
Cipro 110,481
Polonia 91,867
Spagna 84,687

 

Conducendo una ricerca su scala mondiale, si può trovare un possibile donatore HLA-identico per un 33 % circa dei casi. Considerando che la probabilità di avere un consaguineo HLA-identico sia del 30 % e di trovare un donatore su scala mondiale sia del 33 %, allora si ha una possibilità di trovare un donatore HLA-identico del 65 % circa.