Intrazelluläre Retention von Cytarabin-Triphosphat (Ara-CTP) in Blasten von Kindern mit akuter lymphoblastischer Leukämie

Abstract

Background Cellular uptake and intracellular phosphorylation to the nucleotide cytosine arabinoside-triphosphate (Ara-CTP) is the precondition for the cytostatic effect of cytarabine. The pharmacokinetics of Ara-CTP in leukemic cells was reported to be of clinical importance in adult nonlymphoblastic leukemia. Therefore, the role of intracellular Ara-CTP formation and retention was investigated in blast cells from children with acute lymphoblastic leukemia (ALL).

Patients and methods At the time of diagnosis, peripheral or bone marrow blast cells from 41 children with ALL and 13 with relapsed ALL were incubated in Ara-C containing medium (1 hour, 1 or 3µg/ml) followed by reincubation in Ara-C free medium (3 h). Intracellular Ara CTP formation and Ara-CTP retention were determined.

Main results Ara-CTP formation did not show marked differences between the different immunological subtypes. Ara-CTP retention, however, was significantly lower in T-ALL (37±15%, n=8) compared to non-T-ALL (67±25%, n=33; p<0,003). Ara-CTP retention was also significantly different in children with and without persistence of peripheral blast cells after one week of prednison treatment (71±30%,n=9 and 53±19%,n=21; p=0,031) as well as in children with and without complete bone marrow remission on day 15 of the ALL-BFM treatment protocol (66 ±17%, n=19 and 43±18%, n=11; p=0,018). Ara-CTP retention was inversely correlated with the risk groups defined by the ALL-BFM treatment protocols (standard 79±29, intermediate 59±25, high risk 47±21%). A trend towards lower Ara-CTP retention was observed in relapsed leukemias (relapsed non-T-ALL 51 ± 17%, p=0,061). The difference in the probability of event free survival (following risk group adapted treatment according to ALL-BFM trials) between children with high ( ≥72%: 0,92±0,08) and low ( <72%: 0,58±0,15) Ara-CTP retention up to now did not reach statistical significance (p=0,12).

Conclusions The more rapid decrease of cellular Ara-CTP in T-cell leukemia and children at higher clinical risk groups provide a pharmacokinetic rationale for prolonged infusion duration as an alternative to the intensification by dose escalation alone.

Zusammenfassung

Hintergrund Voraussetzung für die antineoplastische Aktivität von Cytarabin ist die intrazelluläre Phosphorylierung zum Ara-C-Triphosphat (Ara-CTP). Parameter der intrazellulären Pharmakokinetik des Ara-CTP korrelierten bei myeloischen Leukämien des Erwachsenen mit dem therapeutischen Erfolg. Die Bedeutung der Ara-CTP Bildung und Retention wurde daher bei akuter lymphoblastischer Leukämie im Kindesalter (ALL) untersucht.

Patienten und Methode Blasten aus Knochenmark oder aus peripherem Blut von 41 Kindern mit ALL und 13 Kindern mit ALL Rezidiv wurden zum Zeitpunkt der Diagnosestellung in vitro eine Stunde mit und drei weitere Stunden ohne Ara-C im Medium inkubiert und die intrazelluläre Ara-CTP Bildung und Ara-CTP Retention bestimmt.

Ergebnisse Während die Ara-CTP Bildung in allen Entitäten vergleichbar war, unterschied sich die Ara-CTP Retention signifikant in der immunologischen Gruppe der non-T-ALL (67±25%, n=33) und der T-ALL (37±15%, n=8) (p<0,003). Zwischen den Patienten ohne/mit Nachweis peripherer Blasten nach 7tägiger Prednison Monotherapie (71±30%, n=9 / 53±19%, n=21, p=0,031) bzw. mit/ohne vollständige(r) Knochenmarkremission an Therapietag 15 (66±17%, n=19 / 43±18%, n=11, p=0,018) bestand ein signifikanter Unterschied der Ara-CTP Retention. Die in den ALL-BFM-86 und -90 definierten Risikogruppen wiesen mit steigendem Risiko tendentiell niedrigere Ara-CTP Retentionen auf (SRG 79±29, MRG 59±25, HRG 47±21%). Patienten im Rezidiv zeigten einen starken Trend zu erniedrigten Ara-CTP Retentionen (non-T-ALL Rezidiv 51±17%, p=0,061). Der Unterschied in der Wahrscheinlichkeit für ein ereignisfreies Überleben (nach risikoadaptierter Therapie entsp. Therapiestudien AML-BFM 86/90) zwischen Blasten mit hoher (≥72%: 0,92±0,08) und niedriger (<72%: 0,58±0,15) Retention ist derzeit nicht signifikant (p=0,12).

Aus dem schnelleren Ara-CTP Abfall bei T-ALL Patienten (bzw. bei Patienten mit klinisch höherer Risikogruppenzuordnung) leitet sich eine Rationale für die Verlängerung der Cytarabin Infusionsdauer als Alternative zur Therapieintensifikation durch Dosiseskalation ab.

Key words

Leukemia - T-ALL - cytarabine - cytarabine-triphosphate - cellular pharmacology

Schlüsselwörter

Leukämie - T-ALL - Cytarabine - Ara-CTP - intrazelluläre Pharmakologie