Central nervous system involvement in pediatric acute lymphoblastic leukemia detected by 8-color flow cytometry: a prospective study

Introduction Acute lymphoblastic leukemia (ALL) may involve central nervous system (CNS) in 3-6% of pediatric patients. Conventional cytology (CC) of cerebrospinal fluid (CSF), together with cell count, is the current standard test to define CNS infiltration, although sensitivity and specificity are low. Flow cytometry (FC) can identify blasts in CSF samples that are negative for cytology with higher sensitivity and specificity. Clinical significance of this occult CNS involvement in children with ALL is still not clearly understood. The aim of this work is to explore the frequency of CNS involvement by FC analysis of CSF at diagnosis and at each lumbar puncture during therapy in primary and relapsed ALL. Moreover, we want to study prospectively its clinical significance in comparison with cytology and cell count. Patient and methods From 12.09.2013 to 12.09.2016 we included all consecutive patients (aged 1-18 years) with Philadelphia negative ALL and with ALL isolated bone marrow (iBM) relapse diagnosed at our Institution. Parent’s informed consent was acquired and the study was approved by the local ethical committee. Treatment schedule and definition of CNS involvement were as per AIEOP-BFM ALL 2009 Protocol. Relapsed patients were mainly treated according to AIEOP ALL REC 2003 protocol. At each time point of intrathecal therapy, CSF was collected and analyzed within 24 hours by cell count, cytology and 8-color FC (precursor-B or T lineage panel). A tiny cluster of events with immunophenotype compatible with blasts at diagnosis was considered positive by FC (FC+). Results Eighty-seven patients with primary diagnosis of ALL were included in the study, 1050 CSF samples were analyzed. At diagnosis, there were 34 (39%) samples that were positive by FC, 5 were also CC+. FC+ patients were mainly T-ALL, with higher peripheral blast percentage and high-risk features. Relapse incidence and mortality were not different between FC+ and FC- groups at diagnosis. During ALL treatment, other 37 samples belonging to 19 patients resulted positive by FC only. Comparison between FC+ patients during treatment and FC- did not result in significantly different outcome. Thirteen patients affected by iBM relapsed were included and 109 CSF samples analyzed for this cohort. At relapse, 7 patients were positive by FC (53.8%), none by CC. Characteristics of FC+ patients and FC- did not differ. Mortality and relapse incidence did not show any significan difference between the two groups. During relapse treatment, other 20 samples were FC+. In total 6 relapsed patients presented ≥2 FC+ samples during therapy, this group presented a higher incidence of subsequent relapses compared to FC- patients (83.3% vs 20%, p 0.04). Conclusion Our data demonstrated that CNS involvement detected by FC is a frequent finding in pediatric ALL at diagnosis and at relapse. The clinical significance is probably linked to the persistent CSF positivity rather than to the single sample positivity. Actual frontline treatment protocols seem to be able to control CNS submicroscopic leukemia. In relapsed ALL patients, persistent CSF positivity may be a sign of a more resistant disease and a negative prognostic factor. A larger group of patients and a longer follow up are needed to confirm our observations.

Introduzione La leucemia linfoblastica acuta (ALL) può coinvolgere il sistema nervoso centrale (CNS) in circa il 3-6% dei pazienti pediatrici. La citologia convenzionale (CC) su liquor cefalorachidiano (CSF), insieme alla conta cellulare, è la metodica standard per definire l’infiltrazione al CNS. Sensibilità e specificità di questa tecnica si sono però dimostrate scarse. La citofluorimetria (FC) è in grado di identificare blasti in campioni che sono negativi all’analisi citologica con maggior sensibilità e specificità. Il significato clinico di questo coinvolgimento occulto del CNS nei bambini affetti da ALL non è del tutto stato chiarito. Con questo lavoro ci prefiggiamo di valutare la frequenza del coinvolgimento CNS mediante analisi citofluorimetria del liquor dei pazienti pediatrici con ALL all’esordio e alla ricaduta. Inoltre vogliamo studiarne il significato clinico in un lavoro prospettico, paragonandolo alle metodiche standard. Pazienti e metodi Dal 12.09.2013 al 12.09.2016 abbiamo incluso consecutivamente tutti i pazienti di età 1-18 anni affetti da ALL (Philadelphia negativa) e ricaduta midollare isolata di ALL diagnosticati presso il nostro Centro. È stato acquisito il consenso informato dei genitori e lo studio è stato approvato dal comitato etico locale. Le modalità di trattamento e la definizione di coinvolgimento CNS sono riportate nel protocollo BFM-AIEOP ALL 2009. I pazienti con ricaduta sono stati trattati per la maggior parte secondo il protocollo AIEOP ALL REC 2003. I campioni di liquor sono stati raccolti ad ogni punto previsto per la somministrazione della terapia intratecale e sono stata analizzati entro 24 ore tramite conta cellulare, citologia e citofluorimetria a 8 colori (con pannelli specifici di linea B o T). In presenza di una popolazione di eventi raggruppati in un cluster con caratteristiche antigeniche e fisiche sovrapponibili alla popolazione dei blasti dell’esordio, il campione di liquor è stato classificato come positivo in citofluorimetria (FC +). Risultati Ottantasette pazienti affetti da ALL all’esordio sono stati inclusi nello studio, 1050 campioni di liquor sono stati analizzati. Alla diagnosi 34 (39%) campioni sono risultati positivi per FC, 5 di questi lo erano anche per CC. Il gruppo FC+ comprendeva soprattutto leucemie a fenotipo T, con più alta percentuale di blasti in periferico e caratteristiche di alto rischio. Tra i pazienti FC+ e quelli FC- alla diagnosi non è stata dimostrata differenza in termini di ricadute e mortalità. Durante il trattamento altri 37 campioni appartenenti a 19 pazienti sono risultati postivi solo in FC. La prognosi dei pazienti FC+ e quelli FC- durante il trattamento non è risultata significativamente diversa. Tredici pazienti affetti da ricaduta midollare isolata di ALL sono stati inclusi. Per questa coorte, i campioni di liquor analizzati sono stati in totale 109. Alla recidiva 7 pazienti sono risultati positivi in citofluorimetria (53.8%), nessuno alla citologia. Le caratteristiche dei pazienti del gruppo FC+ e di quello FC- sono risultate sovrapponibili. L’incidenza di ricadute e la mortalità tra i due gruppi non sono risultate diverse. Durante il trattamento della recidiva, 6 pazienti in totale hanno presentato ≥2 campioni FC+, questo gruppo ha mostrato un’incidenza di ricadute successive statisticamente più alta rispetto al gruppo FC- (83.3% vs 20%, p 0.04), la mortalità non è risultata diversa. Conclusioni I nostri dati dimostrano che il coinvolgimento del sistema nervoso centrale all’analisi citofluorimetrica è un reperto frequente nelle ALL pediatriche sia alla diagnosi che alla recidiva. Il significato clinico di tale dato è probabilmente legato alla persistenza della positività del liquor in CF, piuttosto che alla positività del singolo campione. Gli attuali protocolli di prima linea appaiono in grado di controllare questa infiltrazione sub-microscopica di malattia. Nei pazienti con recidiva, la persistente positività del liquor mediante FC potrebbe essere un segno di malattia resistente al trattamento ed un fattore prognostico negativo. E’ necessario uno studio su una coorte più ampia di pazienti ed un follow-up più prolungato per confermare la veridicità di tali osservazioni