About a fifth of children with acute T-lymphoblastic leukaemia (T-ALL) succumb to the disease, suggesting an unrecognised biological heterogeneity that might contribute to drug resistance. We postulated that T-ALL originating from early T-cell precursors (ETPs), a recently defined subset of thymocytes that retain stem-cell-like features, would respond poorly to lymphoid-cell-directed therapy. We studied leukaemic cells, collected at diagnosis, to identify cases with ETP features and determine their clinical outcome.Leukaemic cells from 239 patients with T-ALL enrolled at St Jude Children's Research Hospital (n=139) and in the Italian national study Associazione Italiana Ematologia Oncologia Pediatrica (AIEOP) ALL-2000 (n=100) were assessed by gene-expression profiling, flow cytometry, and single nucleotide polymorphism array analysis. Probabilities of survival and treatment failure were calculated for subgroups considered to have ETP-ALL or typical T-ALL.30 patients (12.6%) had leukaemic lymphoblasts with an ETP-related gene-expression signature or its associated distinctive immunophenotype (CD1a(-), CD8(-), CD5(weak) with stem-cell or myeloid markers). Cases of ETP-ALL showed increased genomic instability, in terms of number and size of gene lesions, compared with those with typical T-ALL. Patients with this form of leukaemia had high risk of remission failure or haematological relapse (72% [95% CI 40-100] at 10 years vs 10% [4-16] at 10 years for patients with typical T-ALL treated at St Jude Children's Research Hospital; and 57% [25-89] at 2 years vs 14% [6-22] at 2 years for patients treated in the AIEOP trial).ETP-ALL is a distinct, previously unrecognised, pathobiological entity that confers a poor prognosis with use of standard intensive chemotherapy. Its early recognition, by use of the gene expression and immunophenotypic criteria outlined here, is essential for the development of an effective clinical management strategy.US National Cancer Institute, Cariplo Foundation, Citta della Speranza Foundation, Italian Association for Cancer Research (AIRC), Italian Ministry for University and Research, and American Lebanese Syrian Associated Charities (ALSAC).

Treatment of cancer with the epipodophyllotoxins (etoposide and teniposide) has been linked to the development of acute myeloid leukemia (AML) in children and adults, but the factors that might influence the risk of this complication of therapy are poorly defined. We therefore assessed the importance of potential risk factors for secondary AML in 734 consecutive children with acute lymphoblastic leukemia who attained complete remission and received continuation (maintenance) treatment according to different schedules of epipodophyllotoxin administration.

The clinical significance of submicroscopic levels of leukaemic cells in bone-marrow aspirates from children with acute lymphoblastic leukaemia (ALL) remains controversial. We prospectively determined the frequency and prognostic importance of minimal residual disease detected by a rapid immunological assay in bone-marrow aspirates of children with ALL.158 children with newly diagnosed ALL received 6 weeks of remission-induction chemotherapy. Once complete clinical remission was attained the patients received 2 weeks of consolidation therapy followed by continuation therapy. Bone-marrow aspirates were collected after induction therapy and during weeks 14, 32, and 56 of continuation therapy, and then at 120 weeks (end of therapy). Cells with leukaemia-associated immunophenotypes were investigated by multiparameter flowcytometry capable of detecting one leukaemic cell among 10,000 normal cells.The proportion of patients with detectable leukaemic cells was 23% at remission induction and 17% at week 14 of continuation therapy, decreasing to 5% and 4% at weeks 32 and 56. None of the 65 samples examined at completion of therapy (week 120) showed evidence of disease. Detectable residual disease at the end of remission induction correlated with adverse genetic abnormalities--the Philadelphia chromosome and MLL gene rearrangements--but not with other presenting features. Detectable leukaemia was associated with subsequent relapse regardless of the time at which bone-marrow samples were examined (p < 0.002 for all comparisons). For example, 3-year cumulative incidence (SE) of relapse in patients with and without detectable leukaemia at remission induction was 32.5% (10.6) and 7.5% (4.0), respectively (p < 0.001); for tests done at week 14, it was 42.1% (14.6) and 6.6% (3.5), p < 0.001. These correlations remained significant after adjusting for adverse presenting features. A higher degree of marrow infiltration by leukaemic cells (> or = 0.1%) in week 14 samples identified a subset of patients with an especially poor prognosis.Immunological detection of residual leukaemic cells at any point in the treatment course is a powerful predictor of relapse in children with ALL. Alternative treatment should be considered for cases with persistent disease beyond the first 3 months of continuation therapy.

Abstract St Jude Total Therapy Study XIIIB for childhood acute lymphoblastic leukemia (ALL) incorporated more stringent risk classification, early intensification of intrathecal chemotherapy, reinduction treatment, and the addition of dexamethasone to postremission therapy to increase the proportion of event-free survivors without jeopardizing their quality of life. Cranial irradiation was reserved for the 12% of patients who had T-cell ALL and a presenting leukocyte count of 100 × 109/L or more, or CNS-3 (5 or more leukocytes/μL with identifiable blast cells in an atraumatic sample or the presence of cranial nerve palsy) status. Among the 247 consecutive patients enrolled in the study, 117 were classified as having lower-risk leukemia and received mainly antimetabolite-based continuation therapy; the 130 cases with higher-risk leukemia received more intensive continuation chemotherapy with multiple drug pairs administered in weekly rotation. The 5-year event-free survival estimate was 80.8% ± 2.6% (SE); the 8-year rate was 78.6% ± 5.8%. The 5-year cumulative risk of an isolated central nervous system (CNS) relapse was 1.7% ± 0.8%, and that of isolated plus combined CNS relapse was 3.0% ± 1.1%. The 5-year cumulative risks of etoposide-related myeloid malignancies were 1.8% ± 1.3% in the lower-risk patients who received a cumulative dose of 1.2 g/m2 and 5.0% ± 2.0% in the higher-risk patients who received a cumulative dose of up to 14.4 g/m2 (P = .18). Independent adverse prognostic features included the presence of MLL-AF4 or BCR-ABL fusion gene and minimal residual leukemia of 0.01% or more at the end of the 6-week remission induction phase. Our results suggest the efficacy of early intensification of intrathecal chemotherapy and provide the basis for studies omitting cranial irradiation altogether. (Blood. 2004;104:2690-2696)

Abstract By using rapid flow cytometric techniques capable of detecting one leukemic cell in 104 normal cells, we prospectively studied minimal residual disease (MRD) in 195 children with newly diagnosed acute lymphoblastic leukemia (ALL) in clinical remission. Bone marrow aspirates (n = 629) were collected at the end of remission induction therapy and at 3 intervals thereafter. Detectable MRD (ie, ≥0.01% leukemic mononuclear cells) at each time point was associated with a higher relapse rate (P &lt; .001); patients with high levels of MRD at the end of the induction phase (≥1%) or at week 14 of continuation therapy (≥0.1%) had a particularly poor outcome. The predictive strength of MRD remained significant even after adjusting for adverse presenting features, excluding patients at very high or very low risk of relapse from the analysis, and considering levels of peripheral blood lymphoblasts at day 7 and day 10 of induction therapy. The incidence of relapse among patients with MRD at the end of the induction phase was 68% ± 16% (SE) if they remained with MRD through week 14 of continuation therapy, compared with 7% ± 7% if MRD became undetectable (P = .035). The persistence of MRD until week 32 was highly predictive of relapse (all 4 MRD+patients relapsed vs 2 of the 8 who converted to undetectable MRD status; P = .021). Sequential monitoring of MRD by the method described here provides highly significant, independent prognostic information in children with ALL. Recent improvements in this flow cytometric assay have made it applicable to more than 90% of all new patients.

We studied the risk of the development of acute myeloid leukemia (AML) during initial remission in 733 consecutive children with acute lymphoid leukemia (ALL) who were treated with intensive chemotherapy. This complication was identified according to standard morphologic and cytochemical criteria in 13 patients 1.2 to 6 years (median, 3.0) after the diagnosis of ALL. At three years of follow-up, the cumulative risk of secondary AML during the first bone marrow remission was 1.6 percent (95 percent confidence limits, 0.7 and 3.5 percent); at six years, it was 4.7 percent (2 and 10 percent). The development of secondary AML was much more likely among patients with a T-cell than a non-T-cell immunophenotype (cumulative risk, 19.1 percent [6 and 47 percent] at six years). Sequential cytogenetic studies in 10 patients revealed entirely different karyotypes in 9, suggesting the induction of a second neoplasm. In eight of these patients, the blast cells had abnormalities of the 11 q23 chromosomal region, which has been associated with malignant transformation of a pluripotential stem cell. There was no evidence of loss of DNA from chromosome 5 or 7, a karyotypic change commonly observed in cases of AML secondary to treatment with alkylating agents, irradiation, or both. We conclude that there is a substantial risk of AML in patients who receive intensive treatment for ALL, especially in those with a T-cell immunophenotype, and that 11q23 chromosomal abnormalities may be important in the pathogenesis of this complication. (N Engl J Med 1989;321:136–42.)