Il trapianto di midollo osseo aploidentico nelle patologie oncoematologiche: studio clinico

L’argomento della presente tesi di dottorato riguarda lo studio clinico del trapianto di cellule staminali emopoietiche aploidentiche nelle patologie oncoematologiche. Nel periodo di tempo compreso tra 1/12/2005 ed il 30/10/2007 sono stati arruolati 10 pazienti (6 LAM, 3 LAL, 1 LMC in crisi blastica mieloide) nell’ambito di uno studio clinico che prevedeva il trapianto di midollo osseo aploidentico per pazienti affetti da patologia oncoematologica in prima o successiva recidiva, per i quali non fosse disponibile un donatore di midollo osseo consanguineo o da banca. Lo schema di condizionamento al trapianto di midollo osseo utilizzato era il seguente: Fludarabina 150/m2, Busulfano orale 14mg/kg, Tiothepa 10mg/kg e Ciclofosfamide 160mg/kg. Per la profilassi della malattia da trapianto contro l’ospite è stata somministrata timoglobulina antilinfocitaria (ATG) al dosaggio complessivo di 12.5 mg/kg, short course metotrexate (+1, +3 e +11), cortisone e ciclosporina con tapering precoce al + 60. I pazienti hanno reinfuso una megadose di cellule CD34+ mediana pari a 12.8x106/kg. Tre pazienti non sono valutabili per l’attecchimento a causa di rigetto (1/3) o morte precoce (2/3). Sette pazienti sono valutabili per l’attecchimento; per questi pazienti il tempo mediano a 500 PMN/mmc e a 20 x 109/l piastrine è stato rispettivamente di 17 e 20 giorni. Quattro pazienti su 7 hanno svillupato una Graft versus Host Disease (GVHD) acuta di grado II-IV, mentre soltanto 1/7 ha sviluppato una GVHD cronica. Sette pazienti su 10 trapiantati hanno ottenuto una remissione completa successivamente al trapianto. Di questi, attualmente 2 pazienti sono vivi in remissione completa, mentre gli altri 5 sono ricaduti e successivamente deceduti. In conclusione, il trapianto aploidentico è una procedura fattibile ed efficace. Tale procedura è in grado di garantire un 20% di lungo sopravviventi in un setting di pazienti a prognosi estremamente infausta.

Studio della via di segnale PI3K/Akt/mTOR nelle Cellule Dendritiche

Il trapianto allogenico di cellule staminali emopoietiche è spesso l’unica soluzione per la cura di diverse malattie ematologiche. La aGVHD è la complicanza più importante che si può avere a seguito del trapianto allogenico ed è causata dai linfociti T del donatore che riconoscono gli antigeni del ricevente presentati dalle APC. Eliminare o inattivare la APC del ricevente prima del trapianto potrebbe prevenire la aGVHD. Ad oggi non esistono farmaci specifici diretti contro le APC, sono però noti i meccanismi molecolari coinvolti nella sopravvivenza cellulare come la via di segnale di PI3K. In questo lavoro abbiamo testato l’attività di due farmaci, che colpiscono target molecolari della via di PI3K, la rapamicina e la perifosina, sul differenziamento dei monociti a differenti popolazioni di cellule dendritiche (DC), in vitro. La rapamicina riduceva il recupero cellulare delle DC derivate da monociti coltivate in presenza di IL-4 aumentando l’apoptosi, mentre i monociti coltivati in presenza di GM-CSF con o senza IFN-α risultavano resistenti alla rapamicina. Inoltre la rapamicina riduceva l’espressione della molecola costimolatoria CD86 e incrementava l’espressione della molecola CD1a solo nei monociti coltivati con GM-CSF e IL-4. Nelle DC derivate dai monociti in presenza di IL-4 la rapamicina bloccava la produzione di IL-12 e TNF-α e ne alterava la capacità allostimolatoria. La rapamicina non alterava la sopravvivenza e la funzione delle DC circolanti. Il trattamento con perifosina provocava un incremento di apoptosi nei monociti coltivati sia con GM-CSF che con GM-CSF e IL-4. La perifosina bloccava la produzione di TNF-α nelle DC derivate da monociti coltivati nelle diverse condizioni. Questi risultati dimostrano che l’azione della rapamicina è strettamente dipendente dalla presenza dell’IL-4 nel terreno di coltura, in vitro, rispetto alla perifosina e suggeriscono un possibile ruolo della perifosina nella prevenzione della GVHD prima del trapianto allogenico di cellule staminali.

Studio dei polimorfismi genici degli antigeni minori di istocompatibilità e GvHD/GvL nel trapianto allogenico di cellule staminali emopoietiche

L'outcome dei pazienti sottoposti a trapianto allogenico di cellule staminali emopoietiche è fortemente influenzato da graft versus leukemia (GvL) e graft versus host disease (GvHD) che sono mediate, almeno in parte, dagli antigeni minori di istocompatibilità (mHAgs). In letteratura sono stati identificati 26 mHAgs che sono stati correlati a GvHD/GvL con risultati incompleti e in alcuni casi contrastanti; inoltre manca una metodica che sia in grado di genotipizzare contemporaneamente un pannello così ampio. Il lavoro è stato finalizzato alla preparazione di un protocollo di laboratorio che permetta di studiare in modo efficace i 26 mHAgs identificati, per poi correlarli con GvHD/GvL all’interno di uno specifico gruppo di trapiantati. Utilizzando la metodica IPlex Gold Mass Array Sequenom e tecniche di biologia molecolare convenzionale sono stati genotipizzati 26 antigeni minori di istocompatibilità per 46 coppie full-matched. Tutti i pazienti inclusi nel progetto di studio erano stati sottoposti a trapianto allogenico di cellule staminali emopoietiche da donatore familiare o volontario full-compatibile per leucemia mieloide cronica (n=46) o leucemia acuta linfoblastica Philadelphia positiva (LAL-Ph+, n=24). Il progetto ha confermato l'efficienza (98.6%) e la fattibilità delle metodiche proposte. Dal lavoro è inoltre emerso che, le differenze tra donatore e ricevente a libello mHAgs ACC-1, ACC-4, ACC-5, LB-MTHFD1-1Q, UGT2B17, DPH1, LRH1 potrebbero essere fattori predittivi di GvHD (p<0.05). La seconda evidenza è legata a un trend secondo cui il mismatch per LB-ADIR1 protegge dalla recidiva di malattia, in particolare nei confronti della LAL-Ph+ che è scarsamente responsiva all'allo-immunoterapia. Questo lavoro pilota, la cui casistica deve quindi essere ampliata, ha dimostrato l’efficacia della genotipizzazione con IPlex Gold Sequenom e l’elevato potenziale degli mHAgs sia come fattori predittivi di GvHD che come driver di GvL.

La fotochemioterapia extracorporea (ECP) nel trattamento delle glomerulonefriti

I pazienti con glomerulopatie con sindrome nefrosica hanno poche opzioni di trattamento efficace. Riportiamo la nostra esperienza sull'utilizzo della fotochemioterapia extracorporea ( ECP) in 9 pazienti in cui non era stata osservata una risposta efficace/duratura alla convenzionale terapia farmacologica. L’ECP è una promettente terapia immunomodulante, che è stata utilizzata con successo nel trattamento di altre condizioni immunomediate come il rigetto nel trapianto e il GvHD. METODI: In questo studio abbiamo arruolato 9 pazienti, 5 maschi e 4 femmine, età media 32.7±8.9 anni, affetti da sindrome nefrosica e non responsivi/resistenti alle comuni terapie. Il follow-up medio è stato di 41.3±21.7 mesi. Tutti i pazienti sono stati sottoposti a cicli di fotochemioterapia extracorporea secondo il seguente schema: 1ciclo (2 sedute in 2 giorni consecutivi) ogni 15 giorni per tre mesi, seguito da 1ciclo al mese per tre mesi. Il follow up è stato effetuatio ogni 3 mesi durante il primo anno e poi ogni 12 mesi. Durante il follow up sono stati monitorati pressione arteriosa, funzione renale, marcatori diretti ed indiretti di attività della malattia e indici di flogosi. RISULTATI: attraverso l'analisi dei parametri ematochimici indici di attività di malattia, e monitorando l'eventuale progressione della malattia renale, è stato possibile dimostrare che l' ECP può rappresentare per casi selezionati di pazienti una valida ulteriore opzione terapeutica. Secondo i risultati preliminari tale trattamento risulta inoltre caratterizzato da un eccellente profilo di sicurezza . CONCLUSIONI: I risultati osservati suggeriscono che l’ECP è un trattamento efficace per i pazienti con glomenulonefriti con sindrome nefrosica, soprattutto in coloro che presentano ancora una buona funzionalità renale. Valutazioni cliniche aggiuntive dovranno aiuteranno a definire meglio la popolazione di pazienti in cui ECP sia più efficace e raccomandabile.

Interactions between the gut microbiota, short-chain fatty acids and the immune system in pediatric patients undergoing hematopoietic stem cell transplantation

The gut microbiota (GM) is essential for human health and contributes to several diseases; indeed it can be considered an extension of the self and, together with the genetic makeup, determines the physiology of an organism. In this thesis has been studied the peripheral immune system reconstitution in pediatric patients undergoing allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (aHSCT) in the early phase; in parallel, have been also explored the gut microbiota variations as one of the of primary factors in governing the fate of the immunological recovery, predisposing or protecting from complications such as the onset of acute graft-versus-host disease (GvHD). Has been demonstrated, to our knowledge for the first time, that aHSCT in pediatric patients is associated to a profound modification of the GM ecosystem with a disruption of its mutualistic asset. aGvHD and non-aGvHD subjects showed differences in the process of GM recovery, in members abundance of the phylum Bacteroidetes, and in propionate fecal concentration; the latter are higher in the pre-HSCT composition of non-GvHD subjects than GvHD ones. Short-chain fatty acids (SCFAs), such as acetate, butyrate and propionate, are end-products of microbial fermentation of macronutrients and distribute systemically from the gut to blood. For this reason, has been studied their effect in vitro on human DCs, the key regulators of our immune system and the main player of aGvHD onset. Has been observed that propionate and, particularly, butyrate show a strong and direct immunomodulatory activity on DCs reducing inflammatory markers such as chemokines and interleukins. This study, with the needed caution, suggests that the pre-existing GM structure can be protective against aGvHD onset, exerting its protective role through SCFAs. They, indeed, may regulate cell traffic within secondary lymphoid tissues, influence T cell development during antigen recognition, and, thus, directly shape the immune system.

In vitro characterisation and expansion of human regulatory T cells for their in vivo application in the induction of tolerance in haematopoietic stem cell and solid organ transplantation

Solid organ transplantation (SOT) is considered the treatment of choice for many end-stage organ diseases. Thus far, short term results are excellent, with patient survival rates greater than 90% one year post-surgery, but there are several problems with the long term acceptance and use of immunosuppressive drugs. Hematopoietic Stem Cells Transplantation (HSCT) concerns the infusion of haematopoietic stem cells to re-establish acquired and congenital disorders of the hematopoietic system. The main side effect is the Graft versus Host Disease (GvHD) where donor T cells can cause pathology involving the damage of host tissues. Patients undergoing acute or chronic GvHD receive immunosuppressive regimen that is responsible for several side effects. The use of immunosuppressive drugs in the setting of SOT and GvHD has markedly reduced the incidence of acute rejection and the tissue damage in GvHD however, the numerous adverse side effects observed boost the development of alternative strategies to improve the long-term outcome. To this effect, the use of CD4+CD25+FOXP3+ regulatory T cells (Treg) as a cellular therapy is an attractive approach for autoimmunity disease, GvHD and limiting immune responses to allograft after transplantation. Treg have a pivotal role in maintaining peripheral immunological tolerance, by preventing autoimmunity and chronic inflammation. Results of my thesis provide the characterization and cell processing of Tregs from healthy controls and patients in waiting list for liver transplantation, followed by the development of an efficient expansion-protocol and the investigation of the impact of the main immunosuppressive drugs on viability, proliferative capacity and function of expanded cells after expansion. The conclusion is that ex vivo expansion is necessary to infuse a high Treg dose and although many other factors in vivo can contribute to the success of Treg therapy, the infusion of Tregs during the administration of the highest dose of immunosuppressants should be carefully considered.

Apple latent infection caused by Neofabraea alba: host-pathogen interaction and disease management

Apple latent infection caused by Neofabraea alba: host-pathogen interaction and disease management Bull’s eye rot (BER) caused by Neofabraea alba is one of the most frequent and damaging latent infection occurring in stored pome fruits worldwide. Fruit infection occurs in the orchard, but disease symptoms appear only 3 months after harvest, during refrigerated storage. In Italy BER is particularly serious for late harvest apple cultivar as ‘Pink Lady™’. The purposes of this thesis were: i) Evaluate the influence of ‘Pink Lady™’ apple primary metabolites in N. alba quiescence ii) Evaluate the influence of pH in five different apple cultivars on BER susceptibility iii) To find out not chemical method to control N. alba infection iv) Identify some fungal volatile compounds in order to use them as N. alba infections markers. Results regarding the role of primary metabolites showed that chlorogenic, quinic and malic acid inhibit N. alba development. The study based on the evaluation of cultivar susceptibility, showed that Granny Smith was the most resistant apple cultivar among the varieties analyzed. Moreover, Granny Smith showed the lowest pH value from harvest until the end of storage, supporting the thesis that ambient pH could be involved in the interaction between N. alba and apple. In order to find out new technologies able to improve lenticel rot management, the application of a non-destructive device for the determination of chlorophyll content was applied. Results showed that fruit with higher chlorophyll content are less susceptible to BER, and molecular analyses comforted this result. Fruits with higher chlorophyll content showed up-regulation of PGIP and HCT, genes involved in plant defence. Through the application of PTR-MS and SPME GC-MS, 25 volatile organic compounds emitted by N. alba were identified. Among them, 16 molecules were identified as potential biomarkers.

Evaluation of cardiovascular disease markers in patients submitted to carotid artery stenting or endarterectomy

Introduction. Microembolization during the carotid artery revascularization procedure may cause cerebral lesions. Elevated C-Reactive Protein (hsCRP), Vascular endothelial growth factor (VEGF) and serum amyloid A protein (SAA) exert inflammatory activities thus promoting carotid plaque instability. Neuron specific enolase (NSE) is considered a marker of cerebral injury. Neoangiogenesis represents a crucial step in atherosclerosis, since neovessels density correlates with plaque destabilization. However their clinical significance on the outcome of revascularization is unknown. This study aims to establish the correlation between palque vulnerabilty, embolization and histological or serological markers of inflammation and neoangiogenesis. Methods. Serum hsCRP, SAA, VEGF, NSE mRNA, PAPP-A mRNA levels were evaluated in patients with symptomatic carotid stenosis who underwent filter-protected CAS or CEA procedure. Cerebral embolization, presence of neurologicals symptoms, plaque neovascularization were evaluated testing imaging, serological and histological methods. Results were compared by Fisher’s, Student T test and Mann-Whitney U test. Results. Patients with hsCRP<5 mg/l, SAA<10mg/L and VEGF<500pg/ml had a mean PO of 21.5% versus 35.3% (p<0.05). In either group, embolic material captured by the filter was identified as atherosclerotic plaque fragments. Cerebral lesions increased significantly in all patients with hsCRP>5mg/l and SAA>10mg/l (16.5 vs 2.8 mean number, 3564.6 vs 417.6 mm3 mean volume). Discussion. High hsCRP, SAA and VEGF levels are associated with significantly greater embolization during CAS and to the vulnerabiliy of the plaque. This data suggest CAS might not be indicated as a method of revascularization in this specific group of patients.

Pathogenic role of IL-33-mediated eosinophil infiltration and function in experimental inflammatory bowel disease

IL-33/ST2 axis is known to promote Th2 immune responses and has been linked to several autoimmune and inflammatory disorders, including inflammatory bowel disease (IBD), and recent evidences show that it can regulate eosinophils (EOS) infiltration and function. Based also on the well documented relationship between EOS and IBD, we assessed the role of IL-33-mediated eosinophilia and ileal inflammation in SAMP1/YitFc (SAMP) murine model of Th1/Th2 chronic enteritis, and we found that IL-33 is related to inflammation progression and EOS infiltration as well as IL-5 and eotaxins increase. Administering IL-33 to SAMP and AKR mice augmented eosinophilia, eotaxins mRNA expression and Th2 molecules production, whereas blockade of ST2 and/or typical EOS molecules, such as IL-5 and CCR3, resulted in a marked decrease of inflammation, EOS infiltration, IL-5 and eotaxins mRNA expression and Th2 cytokines production. Human data supported mice’s showing an increased colocalization of IL-33 and EOS in the colon mucosa of UC patients, as well as an augmented IL-5 and eotaxins mRNA expression, when compared to non-UC. Lastly we analyzed SAMP raised in germ free (GF) condition to see the microbiota effect on IL-33 expression and Th2 responses leading to chronic intestinal inflammation. We found a remarkable decrease in ileal IL-33 and Th2 cytokines mRNA expression as well as EOS infiltration in GF versus normal SAMP with comparable inflammatory scores. Moreover, EOS depletion in normal SAMP didn’t affect IL-33 mRNA expression. These data demonstrate a pathogenic role of IL-33-mediated eosinophilia in chronic intestinal inflammation, and that blockade of IL-33 and/or downstream EOS activation may represent a novel therapeutic modality to treat patients with IBD. Also they highlight the gut microbiota role in IL-33 production, and the following EOS infiltration in the intestinal mucosa, confirming that the microbiota is essential in mounting potent Th2 response leading to chronic ileitis in SAMP.

Staphylococcus aureus bones and joints infections: in vivo studies and host immune response

Abstract The aim of this work was the development of a murine model of septic arthrosynovitis and osteomyelitis caused by Staphylococcus aureus, which could mimic the natural disease occurring in humans and which could be suitable for testing preventive and therapeutic interventions. This model could be particularly useful since S. aureus-mediated joints and bones infections are relevant in humans, both in terms of frequency and severity. Our attention focused in tracking bacterial infiltration in joints and bones over time using different microbiological and hystopathological tools, which allowed us to have a complete overview of the situation and to evaluate the immunological actions undertaken by the host to contain or eradicate the bacterial infection. Antibodies and cytokines profiles, as well as recruitment of host immune cells at joints of immunized and infected mice were therefore monitored for a time period that allowed us to study both the acute and the chronic phases of the disease in situ. Finally the Novartis vaccine formulation proposed against S. aureus infections was tested for its capacity to protect immunized mice from joints infections, and the preventive immunization was compared to a standard antibiotic prophylaxis. The availability of powerful tools to study specific bacterial-mediated diseases is nowadays an important requirement for the scientific community to shed light on the complex interactions between host and pathogens and to test treatments for preventing or contrasting infections. We believe that our work significantly contributes to the overall knowledge in the field of S. aureus-dependent pathologies, opening the possibility for further investigations in several fields of study.