-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

Epidémiologie des maladies de l’Hb

•>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 d’un variant significatif

(WHO, June 2008 ; Weatherall DJ, Blood 2010)

Naissances avec une pathologie de l’Hbpar 1000 enfants nés vivants

Sickle cell mutation Falciparum malaria

Eaton JW, et al., eds. Sickle cell disease: basic principles and clinical practice. New York: Raven Press Ltd. 1994.

Selection of the sickle cell trait

HbS mutation protects against Plasmodium falciparum infections

HbS = sickle cell haemoglobin.

50 million heterozygous HbSindividuals 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

Severe formsof SCD

Asymptomatic patients

Intermediate forms

of SCD

Penicillin, folic acid, hydration

Hydroxyurea

Chronic blood transfusion

Bone marrow transplantation

PainACS

Stroke

ACS = acute chest syndrome.

Severity of SCD varies widely among patients

Red blood cellsHbF-Thalassaemia

EndotheliumNO/ET1

Neutrophils/inflammationAdhesion molecules

Reproduced from Stuart MJ, Nagel RL. Lancet. 2004;364:1343-60 © 2004, with permission from Elsevier.

Modified by M de Montalembert.

Potential modifiers of disease severity

ET1 = endothelin 1.

Complications of SCD in children

Castro O, et al. Blood. 1994;84:643-9.Gill FM, et al. Blood. 1995;86:776-83.

Ohene-Frempong K, et al. Blood. 1998;91:288-94.

Polymerization of deoxy-HbS Endothelial dysfunction

Age (years)

Bacteraemia

Pain

ACS

ASS

Stroke

Chronic organ damage

?

1 2 43 65 7 13 14 158 129 10 11

highly variable

ASS = acute splenic sequestration.

Year (range)

Country Incidence Causes

Gill 1978–98 USA 1.1/100 pt-yr 11 sepsis (9 S.pn), 2 ASS,

1 CVA

Thomas 1985–92 France (Paris)

0.29%/yr 15 sepsis (8 S.pn), 3 ASS,

3 CVA

Quinn 1983–04 USA

(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;86:776-83.Thomas C, et al. Arch Pediatr. 1996;3:445-51.

Quinn CT, et al. Blood. 2004;103:4023-7.

Causes of death in children with SCD

Causes of death in children with SCD

Year (range)

Country Incidence Causes

Gill 1978–98 USA 1.1/100 pt-yr 11 sepsis (9 S.pn), 2 ASS,

1 CVA

Thomas 1985–92 France (Paris)

0.29%/yr 15 sepsis (8 S.pn), 3 ASS,

3 CVA

Quinn 1983–04 USA

(Texas)

0.59/100 pt-yr

5 sepsis (4 S.pn), 3 ACS,

2 multi-organ failure,

1 CVA, 1 myocardial infarct

Quinn 1983–05 USA (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;86:776-83.Thomas C, et al. Arch Pediatr. 1996;3:445-51.

Quinn CT, et al. Blood. 2004;103:4023-7.Quinn CT, et al. Blood. [Epub ahead of print 2010 Mar 1].

Vichinsky E, et al. Pediatrics. 1988;81:749-55.

100

98

96

94

92

90

88

86

0 10 20 30 40 10YearsMonths

Su

rviv

al (

%)

HbSS diagnosed in newborn period

HbSS diagnosed after newborn period

HbSS = haemoglobin SS.

Earlier diagnosis positively impacts survival

Thalassémie

• érythropoièse inefficace• Anémie chronique and hémolyse

• Surcharge ferrique

• érythropoièse inefficace• Anémie chronique and hémolyse

• Surcharge ferriqueHémolyse érythropoièse Inéfficace

Fixation membranaired’IgG et C3

AnémieSynthèse de

l’erythropoiétineaugmentée

Déformations squelettiques,

ostéopénie

Expansion de la moelle

érythroïdeSurcharge en fer

Splénomégalie

Excès de chaînes libres d’α-globine

DéformationDégradation

Formation d’hème et d’hémichromes

Toxicité ferrrique

Élimination desGR endommagés

Augmentation de l’absorption en fer

Oxygénation des tissus réduite

Olivieri NF, et al. N Engl J Med. 1999;341:99-109.

-Thalassémie: résumé physiopathologique

-Thalassémie : Options Thérapeutiques

1. Prise en charge médicale: chélation du fer + transfusion

2. Greffe de CSH allogénique

3. Thérapie génique

60,2

6,8

1,8

6,8

4,1

4,1

3,6

3,2

2,7

6,7

50,8

6,6

14,8

3,3

3,3

3,3

8,2

9,7

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Heart Failure

Arrhythmia

Myocardial infarction

Infection

Cirrhosis

Thrombosis

Malignacy

Diabetes

Unknown

Altro

All patients (N=1073)Patients born after 1970 (N=720)

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

%

Suivi du Patient Thalassémique

TrasfusioneVisita

Visione esamii

Rx toraceECG

HolterEcocardiogramma

Ecoaddome OrmoniVisita endocrinologica

MOC

Visita Oculistica

Visita ORL

Visita odontoiatrica

Haematologica 2008;93:1780-1784

Results of HSCT in 900 consecutive patients,aged 1-35 years, transplanted from an HLA

identicalsibling in Pesaro since December 1981

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%.

http://mentor.lscf.ucsb.edu/mcdb133/chapter03/hematopoiesis.htm

Cible: lacellule soucheHématopoïétique(CSH) Sustained

correction ofRed Blood Cells (RBCs)

-globin expression at therapeutic levels requires transfer of the whole -globin gene together with complex regulatory elements

promoter

G A

Exon 3Exon 1 Exon 2Intron 1 Intron 2 3' Enhancer

DNAse 1Hypersensitive Sites

1234

Locus Control Region(-LCR)

80Kb 60Kb 40Kb 20Kb 0Kb

The Human -Like Globin Gene Cluster(Chromosome 11)

LentiGlobin vector [marked A-T87Q-globin] with

self-inactivation and chromatin insulators

Reverse transcription&

chromosomal integration

RRE

cPPT/FLAP

HS2 HS3 HS4

2.7 Kb -LCR

644bp 845bp 1153bphuman -globin gene

3’ enhancer

III III p

266bp

HIV LTR A-T87Q

HS2 HS3 HS4

human -globin gene

3’ enhancer

III p

ppt

RRE

cPPT/FLAP 644bp 845bp 1153bp

III

266bp

cHS4Insulator

cHS4Insulator

SIN + Insulator SIN + InsulatorA-T87Q

SINdeletions

ppt

cHS4insulator

ChromatinInsulator

0 10 20 30 40 50 60

0 5 10 15 20 25 30

Reticulocytes (%)

Hemoglobine (g/dl)Hematocrite (%)

GR (106 per mm3)

C57BL/6

Hbbth/th

Hbbth/th/GFP

Hbbth/th/A

C57BL/6

Hbbth/th

Hbbth/th/GFP

Hbbth/th/A

*

0 2 4 6 8 10 12

*

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

**

Correction des paramètres hématologiqueschez les souris Hbbth/th transplantées

Correction de la splénomegalie

Hbbth/th

Hbbth/th

mocktransplanted

Hbbth/th

Lenti--globin-LCR

Souris contrôlenormale

Schéma du protocole clinique

Test etLibération /congélation

Augmente le% de CSH Transduites

Vecteur+

Cytokines

Recueil de moelle osseuse

Optimisela myéloablation

sansimmunosuppression

(2x108 unsorted BM cells/Kgkept for rescue)

Conditionnement de la moelle osseuse

Busulfex

Injection IV Cellules transduites(> 4x106 CD34+/Kg)

(Spontaneous Homing)

Cellules CD34+

Transplantation à l’âge de 19 ans le 07/06/2007

Transfusion-dépendant depuis l’âge de 3 ans (> 225 ml GR/kg/an pour une Hb > 10 g/dl).

Taux spontanés d’Hb descendant jusqu’à 4.5 g/dl.

Hépato-splénomegalie majeure (splénectomie à l’âge de 6 ans) et retard de croissance.

Echec du traitement par Hydroxyurée (entre l’âge de 5 et 17 ans).

Desferoxamine (5 jours/sem) depuis l’âge de 8 ans, et Exjade P.O. depuis l’âge de 18 ans (malgré les nausées). Pas de fibrose hépatique. Surcharge modérée en fer à l’IRM hépatique (561 mol/g).

Enfant unique. Pas de doneur apparenté génoidentique HLA-compatible. Répondant strictement aux critères d’inclusion et d’exclusion.

Garçon alors âgé de 18 ans atteint d’une forme sévère de thalassémie E/0 sans mutation HPFH ou α.

Résumé clinique pré-transplantation du patient "PLB"

LentiGlobin® Gene Therapy

Study

Months post BMT

transfusion phlebotomy

phlebotomies

last transfusion

Transplantation on June 7, 2007Last RBC transfusion on June 6, 2008

Phlebotomies (200 ml each)to remove iron

Conversion to transfusion independence for > 3.5 yearsat 8.5-9.5 g/dL Hb, > 4.5 years post-transplantation

LentiGlobin® Gene Therapy Study

Globin chains in PLB’s blood

LentiGlobin® Gene Therapy Study

Gene therapy vs allogeneic bone marrow transplantation

GTGT

HSCTHSCT

- No TRM in all the clinical trials

- Safety issues

- No TRM in all the clinical trials

- Safety issues

- Acute and chronic GvHD- VOD - Infections- Severe organ disability- Infertility

- Acute and chronic GvHD- VOD - Infections- Severe organ disability- Infertility