Abstract The immune-mediated graft-versus-leukemia effect is important to prevent relapse after allogeneic progenitor cell transplantation. This process requires engraftment of donor immuno-competent cells. The objective of this study was to assess the feasibility of achieving engraftment of allogeneic peripheral blood or bone marrow progenitor cell after purine analog containing nonmyeloablative chemotherapy. Patients with advanced leukemia or myelodysplastic syndromes (MDS) who were not candidates for a conventional myeloablative therapy because of older age or organ dysfunction were eligible. All patients had an HLA-identical or one-antigen–mismatched related donor. Fifteen patients were treated (13 with acute myeloid leukemia and 2 with MDS). The median age was 59 years (range, 27 to 71 years). Twelve patients were either refractory to therapy or beyond first relapse. Eight patients received fludarabine at 30 mg/m2/d for 4 days with idarubicin at 12 mg/m2/d for 3 days and ara-c at 2 g/m2/d for 4 days (n = 7) or melphalan at 140 mg/m2/d (n = 1). Seven patients received 2-chloro-deoxyadenosine at 12 mg/m2/d for 5 days and ara-C 1 at g/m2/d for 5 days. Thirteen patients received allogeneic peripheral blood stem cells and 1 received bone marrow after chemotherapy. Graft-versus-host disease (GVHD) prophylaxis consisted of cyclosporine and methyl-prednisolone. Treatment was generally well tolerated, with only 1 death from multiorgan failure before receiving stem cells. Thirteen patients achieved a neutrophil count of greater than 0.5 × 109/L a median of 10 days postinfusion (range, 8 to 17 days). Ten patients achieved platelet counts of 20 × 109/L a median of 13 days after progenitor cell infusion (range, 7 to 78 days). Eight patients achieved complete remissions (bone marrow blasts were <5% with neutrophil recovery and platelet transfusion independence) that lasted a median of 60 days posttransplantation (range, 34 to 170+ days). Acute GVHD grade ≥2 occurred in 3 patients. Chimerism analysis of bone marrow cells in 6 of 8 patients achieving remission showed ≥90% donor cells between 14 and 30 days postinfusion, and 3 of 4 patients remaining in remission between 60 and 90 days continued to have ≥80% donor cells. We conclude that purine analog-containing nonmyeloablative regimens allow engraftment of HLA-compatible hematopoietic progenitor cells. This approach permits us to explore the graft-versus-leukemia effect without the toxicity of myeloablative therapy and warrants further study in patients with leukemia who are ineligible for conventional transplantation with myeloablative regimens either because of age or concurrent medical conditions.

Bone marrow contains stem cells with the potential to differentiate into mature cells of various organs. We determined whether circulating stem cells have a similar potential.Biopsy specimens from the liver, gastrointestinal tract, and skin were obtained from 12 patients who had undergone transplantation of hematopoietic stem cells from peripheral blood (11 patients) or bone marrow (1 patient). Six female patients had received transplants from a male donor. Five had received a sex-matched transplant, and one had received an autologous transplant. Hematopoietic stem-cell engraftment was verified by cytogenetic analysis or restriction-fragment--length polymorphism analysis. The biopsies were studied for the presence of donor-derived epithelial cells or hepatocytes with the use of fluorescence in situ hybridization of interphase nuclei and immunohistochemical staining for cytokeratin, CD45 (leukocyte common antigen), and a hepatocyte-specific antigen.All six recipients of sex-mismatched transplants showed evidence of complete hematopoietic donor chimerism. XY-positive epithelial cells or hepatocytes accounted for 0 to 7 percent of the cells in histologic sections of the biopsy specimens. These cells were detected in liver tissue as early as day 13 and in skin tissue as late as day 354 after the transplantation of peripheral-blood stem cells. The presence of donor cells in the biopsy specimens did not seem to depend on the intensity of tissue damage induced by graft-versus-host disease.Circulating stem cells can differentiate into mature hepatocytes and epithelial cells of the skin and gastrointestinal tract.

Poor engraftment due to low cell doses restricts the usefulness of umbilical-cord-blood transplantation. We hypothesized that engraftment would be improved by transplanting cord blood that was expanded ex vivo with mesenchymal stromal cells.

T cells expressing antigen-specific chimeric antigen receptors (CARs) improve outcomes for CD19-expressing B cell malignancies. We evaluated a human application of T cells that were genetically modified using the Sleeping Beauty (SB) transposon/transposase system to express a CD19-specific CAR.T cells were genetically modified using DNA plasmids from the SB platform to stably express a second-generation CD19-specific CAR and selectively propagated ex vivo with activating and propagating cells (AaPCs) and cytokines. Twenty-six patients with advanced non-Hodgkin lymphoma and acute lymphoblastic leukemia safely underwent hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) and infusion of CAR T cells as adjuvant therapy in the autologous (n = 7) or allogeneic settings (n = 19).SB-mediated genetic transposition and stimulation resulted in 2,200- to 2,500-fold ex vivo expansion of genetically modified T cells, with 84% CAR expression, and without integration hotspots. Following autologous HSCT, the 30-month progression-free and overall survivals were 83% and 100%, respectively. After allogeneic HSCT, the respective 12-month rates were 53% and 63%. No acute or late toxicities and no exacerbation of graft-versus-host disease were observed. Despite a low antigen burden and unsupportive recipient cytokine environment, CAR T cells persisted for an average of 201 days for autologous recipients and 51 days for allogeneic recipients.CD19-specific CAR T cells generated with SB and AaPC platforms were safe, and may provide additional cancer control as planned infusions after HSCT. These results support further clinical development of this nonviral gene therapy approach.Autologous, NCT00968760; allogeneic, NCT01497184; long-term follow-up, NCT01492036.National Cancer Institute, private foundations, and institutional funds. Please see Acknowledgments for details.

Haploidentical stem cell transplantation (SCT) has been generally performed using a T cell depleted (TCD) graft; however, a high rate of nonrelapse mortality (NRM) has been reported, particularly in adult patients. We hypothesized that using a T cell replete (TCR) graft followed by effective posttransplantation immunosuppressive therapy would reduce NRM and improve outcomes. We analyzed 65 consecutive adult patients with hematologic malignancies who received TCR (N = 32) or TCD (N = 33) haploidentical transplants. All patients received a preparative regimen consisting of melphalan, fludarabine, and thiotepa. The TCR group received posttransplantation treatment with cyclophosphamide (Cy), tacrolimus (Tac), and mycophenolate mofetil (MMF). Patients with TCD received antithymocyte globulin followed by infusion of CD34+ selected cells with no posttransplantation immunosuppression. The majority of patients in each group had active disease at the time of transplantation. Outcomes are reported for the TCR and TCD recipients, respectively. Engraftment was achieved in 94% versus 81% (P = NS). NRM at 1 year was 16% versus 42% (P = .02). Actuarial overall survival (OS) and progression-free survival (PFS) rates at 1 year posttransplantation were 64% versus 30% (P = .02) and 50% versus 21% (P = .02). The cumulative incidence of grade II-IV acute graft-versus-host disease (aGVHD) was 20% versus 11% (P = .20), and chronic GVHD (cGVHD) 7% versus 18% (P = .03). Improved reconstitution of T cell subsets and a lower rate of infection were observed in the TCR group. These results indicate that a TCR graft followed by effective control of GVHD posttransplantation may lower NRM and improve survival after haploidentical SCT.

Allogeneic stem cell transplantation for patients with acute myeloid leukemia (AML) and myelodysplastic syndromes (MDS) has been performed primarily with an HLA-matched donor. Outcomes of haploidentical transplantation have recently improved, and a comparison between donor sources in a uniform cohort of patients has not been performed. We evaluated outcomes of 227 patients with AML/MDS treated with melphalan-based conditioning. Donors were matched related (MRD) (n = 87, 38%), matched unrelated (MUD) (n = 108, 48%), or haploidentical (n = 32, 14%). No significant differences were found between haploidentical and MUD transplantation outcomes; however, there was a trend for improved outcomes in the MRD group, with 3-year progression-free survival for patients in remission of 57%, 45%, and 41% for MRD, MUD, and haploidentical recipients, respectively (P = .417). Recovery of T cell subsets was similar for all groups. These results suggest that haploidentical donors can safely extend transplantation for AML/MDS patients without an HLA-matched donor. Prospective studies comparing haploidentical and MUD transplantation are warranted.

Detection of donor-specific anti-HLA antibodies (DSA) has been associated with graft rejection in all forms of transplantation. The mechanism by which DSA increase the risk of graft failure remains unclear. We hypothesized that complement-binding DSA are associated with engraftment failure in hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) and analyzed 122 haploidentical transplant recipients tested prospectively for DSA. Retrospective analysis to detect C1q binding DSA (C1q+DSA) was performed on 22 allosensitized recipients. Twenty-two of 122 patients (18%) had DSA, 19 of which were women (86%). Seven patients with DSA (32%) rejected the graft. Median DSA level at transplant for patients who failed to engraft was 10,055 mean fluorescence intensity (MFI) versus 2065 MFI for those who engrafted (P = .007). Nine patients with DSA were C1q positive in the initial samples with median DSA levels of 15,279 MFI (range, 1554 to 28,615), compared with 7 C1q-negative patients with median DSA levels of 2471 MFI (range, 665 to 12,254) (P = .016). Of 9 patients who were C1q positive in the initial samples, 5 patients remained C1q positive at time of transplant (all with high DSA levels [median, 15,279; range, 6487 to 22,944]) and experienced engraftment failure, whereas 4 patients became C1q negative pretransplant and all engrafted the donor cells (P = .008). In conclusion, patients with high DSA levels (>5000 MFI) and complement-binding DSA antibodies (C1q positive) appear to be at much higher risk of primary graft failure. The presence of C1q+DSA should be assessed in allosensitized patients before HSCT. Reduction of C1q+DSA levels might prevent engraftment failure in HSCT.

Abstract Not all cancer patients with severe neutropenia develop fever, and the fecal microbiome may play a role. In neutropenic hematopoietic cell transplant patients (n=119), 63 (53%) developed a subsequent fever and had increased fecal Akkermansia muciniphila , a mucus-degrading bacteria (p=0.006, corrected for multiple comparisons). In mouse models, two therapies, irradiation and melphalan, similarly expanded A. muciniphila . Dietary restriction of unirradiated mice also expanded A. muciniphila and thinned the colonic mucus layer. Azithromycin treatment depleted A. muciniphila and preserved colonic mucus. Dietary restriction raised colonic luminal pH and reduced acetate, propionate, and butyrate. Culturing A. muciniphila with lower pH and increased propionate prevented utilization of mucin. Treating irradiated mice with azithromycin or propionate preserved the mucus layer, lessened hypothermia, and reduced inflammatory cytokines in the colon. These results suggest that diet, metabolites and colonic mucus link the microbiome to neutropenic fever, and could guide future microbiome-based preventive strategies.