Periphere Blutstammzellapherese (CD34+-Ausbeute)

Klinischer Hintergrund

Bei der hämatopoetischen Stammzelltransplantation ist die gesammelte Anzahl CD34+-Zellen pro Kilogramm Körpergewicht die wichtigste einzelne Determinante des Engraftments. Die Frage, die der Rechner beantwortet, ist operativ: Wenn die CD34+-Zahl im peripheren Blut des Patienten vor der Apherese bekannt ist, wie viel Blut muss verarbeitet werden, um die Transplantationsdosis zu erreichen, und reicht eine Sammlungssitzung aus? Ohne ein Vorhersagemodell bleibt die Entscheidung über Apherese-Volumen und -Dauer eine grobe Schätzung, mit dem Risiko einer entweder unzureichenden Sammlung oder eines unnötig langen Verfahrens mit der Folge einer erhöhten Citrattoxizität.

Berechnung der peripheren Stammzellsammlung

Der Rechner beruht auf einer unkompliziert aufgebauten Massenbilanz: Die Gesamtzahl der CD34+-Zellen, die den Aphereseseparator passieren, ist das Produkt aus der CD34+-Konzentration im peripheren Blut und dem verarbeiteten Blutvolumen, und der tatsächlich gesammelte Anteil ist die Sammeleffizienz. Die Formel lautet:

$$\text{Erwartete Ausbeute} = \frac{\text{CD34}^+\text{-Zahl vor Apherese (Zellen/}\mu\text{L)} \times \text{verarbeitetes Blutvolumen (L)} \times \text{Sammeleffizienz (Anteil)}}{\text{Körpergewicht des Patienten (kg)}}$$

Das Ergebnis wird in $\times 10^6$ CD34+-Zellen/kg angegeben. Die Sammeleffizienz, manchmal als CE2 (Collection Efficiency 2) bezeichnet, ist der Anteil der CD34+-Zellen, die den Separator passieren und tatsächlich gesammelt werden. Sie variiert mit dem Apheresegerät, der Erfahrung der Bedienperson und dem venösen Zugang und liegt üblicherweise im Bereich von 40 bis 70 Prozent [1,2].

Die klinische Grundlage für den Zusammenhang zwischen CD34+-Dosis und Engraftment legten Weaver und Mitarbeiter, die 692 Patienten analysierten, welche eine myeloablative Chemotherapie mit anschließender Infusion peripherer Stammzellen erhielten, die nach einer Cyclophosphamid-basierten Mobilisierung mit oder ohne G-CSF gesammelt worden waren [3]. In einer Cox-Regression war der CD34+-Gehalt des Sammelprodukts der stärkste einzelne Prädiktor sowohl für die Neutrophilen- als auch für die Thrombozytenregeneration ($P = 0{,}0001$ für beide). Die Autoren konnten keine strikte Mindestdosis definieren, fanden aber, dass $\geq 5{,}0 \times 10^6$ CD34+-Zellen/kg für ein rasches Engraftment optimal waren, während Patienten, die zwei Mobilisierungsverfahren benötigten, um $\geq 2{,}5 \times 10^6$/kg zu erreichen, eine langsamere Thrombozytenregeneration hatten [3].

Interpretation in der Praxis

Der Rechner liefert eine erwartete Ausbeute pro Sammlungssitzung. Die Interpretationsbereiche richten sich nach der Transplantationsdosis und nicht nach dem Rechenwert an sich:

Bei der Planung der Apherese kann die Formel rückwärts verwendet werden: Ist die Zieldosis $5 \times 10^6$/kg und die Sammeleffizienz bekannt, lässt sich das erforderliche verarbeitete Blutvolumen aus der gemessenen CD34+-Zahl vor der Apherese berechnen. Dies ist besonders wertvoll bei niedrigen peripheren CD34+-Zahlen, wo sich früh zeigen kann, dass das Ziel nicht erreicht wird, und eine Entscheidung über eine Rescue-Mobilisierung (zum Beispiel mit Plerixafor) getroffen werden kann, bevor die Apherese beginnt.

Validierung und Leistung

Die Formel wurde in mehreren unabhängigen Kohorten mit unterschiedlichen Populationen und Apheresegeräten validiert.

Almeida-Neto und Mitarbeiter validierten die Formel an 307 allogenen Spendern, bei denen zwischen 2006 und 2015 mit dem COBE Spectra gesammelt wurde [1]. Sie verwendeten eine mediane Sammeleffizienz von 43 Prozent (Interquartilsbereich nicht im Detail angegeben). Die vorhergesagte und die beobachtete Ausbeute korrelierten mit $r = 0{,}775$ ($P < 0{,}0001$). Die mediane beobachtete Ausbeute betrug $5{,}70 \times 10^6$/kg im Vergleich zu einer medianen vorhergesagten Ausbeute von $5{,}75 \times 10^6$/kg, was auf eine gute Kalibrierung auf Gruppenebene hindeutet. Bei 75 Prozent der Verfahren wurden mit einer einzigen Sitzung $\geq 4 \times 10^6$/kg erreicht. Spender mit einem Körpergewicht unter 67 kg hatten eine schlechtere Mobilisierung (OR 0,44), während Leukozyten (WBC) $> 40 \times 10^9$/L und Thrombozyten $\geq 200 \times 10^9$/L am Sammlungstag eine gute Mobilisierung vorhersagten [1].

Jacob und Mitarbeiter entwickelten ein vereinfachtes Vorhersagemodell an 133 Sammlungen (111 autolog, 22 allogen) am Memorial Sloan Kettering, durchgeführt sowohl am COBE Spectra als auch am Spectra Optia [2]. Die mittlere Sammeleffizienz (CE2) betrug 61,4 Prozent und war damit deutlich höher als in der brasilianischen Kohorte, was Unterschiede bei Gerät, Bedienperson und Patientenpopulation widerspiegelt. Ihr Potenz-Regressionsmodell ($y = 12{,}11x^{0{,}92}$) erreichte $r = 0{,}96$ zwischen vorhergesagter und beobachteter absoluter CD34+-Ausbeute, mit einem niedrigeren mittleren quadratischen Fehler (Root Mean Square Error, RMSE; 228,4) als zwei zuvor publizierte Formeln (330,8 bzw. 405,2). Subgruppenanalysen zeigten, dass die Vorhersagegenauigkeit beim Multiplen Myelom und bei hohen peripheren CD34+-Zahlen schlechter war, was zu erwarten ist, da die Varianz der Sammeleffizienz bei hoher Zellbelastung zunimmt [2].

Sheppard und Mitarbeiter validierten eine Target-Value-Tailored-Methode an 1.252 Sammlungen (836 autolog, 176 allogen in Ottawa sowie 240 autolog in einer externen Validierungskohorte in London) [4]. Die Korrelation zwischen vorhergesagter und beobachteter CD34+-Ausbeute betrug $r = 0{,}90$ in der Ottawa-Kohorte und $r = 0{,}9186$ in der externen Validierungskohorte. Die Mobilisierung mit Chemotherapie plus G-CSF dominierte in Ottawa (89 Prozent), während die Londoner Kohorte nur mit G-CSF mobilisiert wurde, und das Modell schnitt in beiden gut ab [4].

Zusammenfassend zeigen die Studien, dass die Formel eine robuste Schätzung liefert, dass aber die Stärke der Korrelation und vor allem die Sammeleffizienz mit Gerät, Bedienperson, Mobilisierungsregime und Patientenpopulation variieren. Eine lokale Validierung der Sammeleffizienz ist daher erforderlich, bevor die Formel in einem neuen Zentrum routinemäßig verwendet wird.

Einschränkungen

Die Sammeleffizienz ist keine universelle Konstante. Der angenommene Anteil ist die größte einzelne Fehlerquelle im Rechner. In der Literatur variiert die CE2 von etwa 30 Prozent bei konservativen Schätzungen bis über 60 Prozent an modernen Separatoren mit erfahrenen Bedienpersonen [1,2]. Die Verwendung einer allgemeinen Sammeleffizienz ohne lokale Validierung kann zu einer systematischen Über- oder Unterschätzung der Ausbeute führen. Es wird empfohlen, die eigene mediane CE2 retrospektiv aus früheren Sammlungen zu berechnen.

Die Formel setzt eine stabile CD34+-Konzentration während des gesamten Verfahrens voraus. In der Praxis kann sich die CD34+-Zahl im peripheren Blut während der Apherese verändern, insbesondere bei langem Verfahren oder wenn die Mobilisierung nicht im Steady State ist. Die periphere CD34+-Zahl vor der Apherese ist ein Momentanwert und nähert die mittlere Konzentration während des Verfahrens an, doch bei großen Volumina kann die Rekrutierung von CD34+-Zellen aus marginalen Kompartimenten oder umgekehrt eine Erschöpfung die Näherung grob machen.

Niedrige CD34+-Zahlen verstärken Fehler. Bei peripheren CD34+-Zahlen unter 20 Zellen/μL wird die Vorhersage unsicherer, teils weil die durchflusszytometrische Messung in diesem Bereich eine höhere relative Varianz aufweist, teils weil kleine Schwankungen der Sammeleffizienz einen großen absoluten Einfluss darauf haben, ob die Zieldosis erreicht wird. In der Jacob-Kohorte stieg der RMSE mit steigendem CD34+-Bereich, doch die klinische Konsequenz von Fehlern ist bei niedrigen Zahlen am größten, wo die Entscheidung, überhaupt eine Apherese zu beginnen, auf dem Spiel steht [2].

Pädiatrische Patienten und niedriges Körpergewicht. Bei niedrigem Patientengewicht wird die Ausbeute pro Kilogramm bei gleicher absoluter Sammlung höher, doch das verarbeitbare Blutvolumen ist durch das Gesamtblutvolumen und die Citrattoxizität begrenzt. Die Formel gilt formal, aber praktische Grenzen des verarbeitbaren Volumens können es unmöglich machen, die Zieldosis in einer Sitzung zu erreichen, unabhängig davon, was der Rechner vorhersagt.

Autologe Patienten mit schlechter Mobilisierung. Patienten, die nach dem ersten Regime schwach mobilisieren (CD34+ $< 20$/μL), haben ein hohes Risiko, die Zieldosis unabhängig vom verarbeiteten Volumen nicht zu erreichen. Bei diesen Patienten sollte die Formel dazu dienen, das Defizit zu quantifizieren und Rescue-Strategien zu begründen, statt eine längere Apherese zu planen.

Quellen

1. Almeida-Neto C et al. Validation of a formula predictive of peripheral blood stem cell yield and successful collection in healthy allogeneic donors. Hematology, Transfusion and Cell Therapy 2020. PMID: 31439517
2. Jacob RP et al. A simplified CD34+ based preharvest prediction tool for HPC(A) collection. Transfusion 2021. PMID: 33694175
3. Weaver CH et al. An analysis of engraftment kinetics as a function of the CD34 content of peripheral blood progenitor cell collections in 692 patients after the administration of myeloablative chemotherapy. Blood 1995. PMID: 7579367
4. Sheppard D et al. Improved prediction of CD34+ cell yield before peripheral blood hematopoietic progenitor cell collection using a modified target value-tailored approach. Biology of Blood and Marrow Transplantation 2016. PMID: 26643030