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-Hémoglobinopathies : Greffe de CSH allogénique vs Thérapie Génique Marina Cavazzana-Calvo, Hopital Necker Enfants Malades, Universite Paris Descartes,

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1 -Hémoglobinopathies : Greffe de CSH allogénique vs Thérapie Génique Marina Cavazzana-Calvo, Hopital Necker Enfants Malades, Universite Paris Descartes, France No disclosure of any relationships nor interests

2 Epidémiologie des maladies de lHb >350,000 enfants naissent chaque année avec une forme sévère de maladie héréditaire de l Hémoglobine ~ 80% des enfants atteints nés dans des pays pauvres ou en voie de développement 3.4% des décès chez les enfants âgés de moins de 5 ans >9 million de porteuses enceintes chaque année 5.2% de la population mondiale porteurs dun variant significatif (WHO, June 2008 ; Weatherall DJ, Blood 2010) Naissances avec une pathologie de lHb par 1000 enfants nés vivants

3 Sickle cell mutation Falciparum malaria Eaton JW, et al., eds. Sickle cell disease: basic principles and clinical practice. New York: Raven Press Ltd Selection of the sickle cell trait HbS mutation protects against Plasmodium falciparum infections HbS = sickle cell haemoglobin.

4 50 million heterozygous HbS individuals in the world ? de Montalembert M. Br Med J. 2008;337:a1397. Africa –10–40% HbS mutation carriers in the population –200,000–300,000 SCD newborns/year USA –1 SCD newborn/600 births in Afro-American population –60,000–70,000 SCD patients France –405 SCD newborns in 2007 –10,000 SCD patients

5 Severe forms of SCD Asymptomatic patients Intermediate forms of SCD Penicillin, folic acid, hydration Hydroxyurea Chronic blood transfusion Bone marrow transplantation Pain ACS Stroke ACS = acute chest syndrome. Severity of SCD varies widely among patients

6 Red blood cells HbF -Thalassaemia Endothelium NO/ET1 Neutrophils/ inflammation Adhesion molecules Reproduced from Stuart MJ, Nagel RL. Lancet. 2004;364: © 2004, with permission from Elsevier. Modified by M de Montalembert. Potential modifiers of disease severity ET1 = endothelin 1.

7 Complications of SCD in children Castro O, et al. Blood. 1994;84: Gill FM, et al. Blood. 1995;86: Ohene-Frempong K, et al. Blood. 1998;91: Polymerization of deoxy-HbS Endothelial dysfunction Age (years) Bacteraemia Pain ACS ASS Stroke Chronic organ damage ? highly variable ASS = acute splenic sequestration.

8 Year (range) CountryIncidenceCauses Gill1978–98USA1.1/100 pt-yr11 sepsis (9 S.pn), 2 ASS, 1 CVA Thomas1985–92France (Paris) 0.29%/yr15 sepsis (8 S.pn), 3 ASS, 3 CVA Quinn1983–04USA (Texas) 0.59/100 pt- yr 5 sepsis (4 S.pn), 3 ACS, 2 multi-organ failure, 1 CVA, 1 myocardial infarct CVA = cerebrovascular accident; pt-yr = patient years; S.pn = Streptococcus pneumoniae. Gill FM, et al. Blood. 1995;86: Thomas C, et al. Arch Pediatr. 1996;3: Quinn CT, et al. Blood. 2004;103: Causes of death in children with SCD

9 Year (range) CountryIncidenceCauses Gill1978–98USA1.1/100 pt-yr11 sepsis (9 S.pn), 2 ASS, 1 CVA Thomas1985–92France (Paris) 0.29%/yr15 sepsis (8 S.pn), 3 ASS, 3 CVA Quinn1983–04USA (Texas) 0.59/100 pt- yr 5 sepsis (4 S.pn), 3 ACS, 2 multi-organ failure, 1 CVA, 1 myocardial infarct Quinn1983–05USA (Texas) 0.52/100 pt- yr 5 ACS, 4 multi-organ failure, 4 S.pn sepsis CVA = cerebrovascular accident; pt-yr = patient years; S.pn = Streptococcus pneumoniae. Gill FM, et al. Blood. 1995;86: Thomas C, et al. Arch Pediatr. 1996;3: Quinn CT, et al. Blood. 2004;103: Quinn CT, et al. Blood. [Epub ahead of print 2010 Mar 1].

10 Vichinsky E, et al. Pediatrics. 1988;81: Years Months Survival (%) HbSS diagnosed in newborn period HbSS diagnosed after newborn period HbSS = haemoglobin SS. Earlier diagnosis positively impacts survival

11 Thalassémie

12 érythropoièse inefficace Anémie chronique and hémolyse Surcharge ferrique érythropoièse inefficace Anémie chronique and hémolyse Surcharge ferrique Hémolyse érythropoièse Inéfficace érythropoièse Inéfficace Fixation membranaire dIgG et C3 Fixation membranaire dIgG et C3 Anémie Synthèse de lerythropoiétine augmentée Synthèse de lerythropoiétine augmentée Déformations squelettiques, ostéopénie Déformations squelettiques, ostéopénie Expansion de la moelle érythroïde Expansion de la moelle érythroïde Surcharge en fer Splénomégalie Excès de chaînes libres dα-globine Déformation Dégradation Formation dhème et dhémichromes Toxicité ferrrique Élimination des GR endommagés Augmentation de labsorption en fer Oxygénation des tissus réduite Olivieri NF, et al. N Engl J Med. 1999;341: Thalassémie: résumé physiopathologique

13 -Thalassémie : Options Thérapeutiques 1.Prise en charge médicale: chélation du fer + transfusion 2.Greffe de CSH allogénique 3.Thérapie génique

14 Accident, Renal Failure, HIV/AIDS, Familial autoimmune disorder, Anorexia, Hemolytic Anemia, Thrombocytopenia. %

15 Suivi du Patient Thalassémique Trasfusione Visita Visione esamii Rx torace ECG Holter Ecocardiogramma Ecoaddome Ormoni Visita endocrinologica MOC Visita Oculistica Visita ORL Visita odontoiatrica

16 Haematologica 2008;93: Results of HSCT in 900 consecutive patients, aged 1-35 years, transplanted from an HLA identical sibling in Pesaro since December 1981

17 Rationnel pour le traitement par thérapie génique des -hémoglobinopathies Although there is no in-vivo selective advantage for corrected HSCs, there is correction of dyserythropoiesis and increased RBC life span: studies in mice and humans suggest that partial (~10%?) marrow chimerism can result in the correction of a sufficient fraction of RBCs. Use of non-immunosuppressive conditioning regimen (Busulfex) is expected to avoid much of the morbidity and mortality of allogeneic BMT. ~75% patients do not have a geno-identical donor, and those who do face increased morbidity and mortality caused by graft vs. host disease (GVHD): Gene therapy with autologous transplantation would be available to patients without compatible donor and has no risk of GVHD. Mortality MUD = 8%.

18 Cible: la cellule souche Hématopoïétique (CSH) Sustained correction of Red Blood Cells (RBCs)

19 -globin expression at therapeutic levels requires transfer of the whole -globin gene together with complex regulatory elements promoter G A Exon 3Exon 1Exon 2 Intron 1Intron 2 3' Enhancer DNAse 1 Hypersensitive Sites 1234 Locus Control Region ( -LCR) 80Kb60Kb 40Kb20Kb 0Kb The Human -Like Globin Gene Cluster (Chromosome 11)

20 LentiGlobin vector [marked A-T87Q-globin] with self-inactivation and chromatin insulators Reverse transcription & chromosomal integration RRE cPPT/FLAP HS2 HS3HS4 2.7 Kb -LCR 644bp845bp1153bp human -globin gene 3 enhancer IIIIII p 266bp HIV LTR A-T87Q HS2 HS3HS4 human -globin gene 3 enhancer III p ppt RRE cPPT/FLAP 644bp845bp1153bp III 266bp cHS4 Insulator cHS4 Insulator SIN + Insulator A-T87Q SIN deletions ppt cHS4 insulator Chromatin Insulator

21 Reticulocytes (%) Hemoglobine (g/dl)Hematocrite (%) GR (10 6 per mm 3 ) C57BL/6 Hbb th/th Hbb th/th /GFP Hbb th/th / A C57BL/6 Hbb th/th Hbb th/th /GFP Hbb th/th / A * * * * Correction des paramètres hématologiques chez les souris Hbbth/th transplantées

22 Correction de la splénomegalie Hbb th/th mock transplanted Hbb th/th Lenti- -globin-LCR Souris contrôle normale

23 Schéma du protocole clinique Test et Libération / congélation Augmente le % de CSH Transduites Vecteur + Cytokines Recueil de moelle osseuse Optimise la myéloablation sans immunosuppression (2x10 8 unsorted BM cells/Kg kept for rescue) Conditionnement de la moelle osseuse Busulfex Injection IV Cellules transduites (> 4x10 6 CD34 + /Kg) (Spontaneous Homing) Cellules CD34+

24 Transplantation à lâge de 19 ans le 07/06/2007 Transfusion-dépendant depuis lâge de 3 ans (> 225 ml GR/kg/an pour une Hb > 10 g/dl). Taux spontanés dHb descendant jusquà 4.5 g/dl. Hépato-splénomegalie majeure (splénectomie à lâge de 6 ans) et retard de croissance. Echec du traitement par Hydroxyurée (entre lâge de 5 et 17 ans). Desferoxamine (5 jours/sem) depuis lâge de 8 ans, et Exjade P.O. depuis lâge de 18 ans (malgré les nausées). Pas de fibrose hépatique. Surcharge modérée en fer à lIRM hépatique (561 mol/g). Enfant unique. Pas de doneur apparenté génoidentique HLA-compatible. Répondant strictement aux critères dinclusion et dexclusion. Garçon alors âgé de 18 ans atteint dune forme sévère de thalassémie E/ 0 sans mutation HPFH ou α. Résumé clinique pré-transplantation du patient "PLB" LentiGlobin ® Gene Therapy Study

25 Months post BMT transfusionphlebotomy phlebotomies last transfusion Transplantation on June 7, 2007 Last RBC transfusion on June 6, 2008 Phlebotomies (200 ml each) to remove iron Conversion to transfusion independence for > 3.5 years at g/dL Hb, > 4.5 years post-transplantation LentiGlobin ® Gene Therapy Study

26 Globin chains in PLBs blood LentiGlobin ® Gene Therapy Study

27 Gene therapy vs allogeneic bone marrow transplantation GT HSCT -No TRM in all the clinical trials -Safety issues - Acute and chronic GvHD - VOD - Infections - Severe organ disability - Infertility


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