Apheresis Techniques

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EVOLUZIONE TECNOLOGICA 

Le terapie aferetiche ricoprono, ancora oggi, una posizione considerevole tra le numerose opzioni terapeutiche nella cura di molte patologie, in modo particolare in quelle condizioni in cui la terapia farmacologica non sia riuscita ad ottenere il risultato sperato, oppure, qualora la tossicità dei farmaci abbia esitato in eventi avversi importanti o, ancora, nei casi in cui sia necessario raggiungere un obiettivo terapeutico nel più breve tempo possibile.

La semantica stessa della parola ingloba, in maniera perfetta, la principale caratteristica di questa terapia: aferesi, dal greco ἀφαίρεσις, significa principalmente eliminare, rimuovere o sottrarre. Questa proprietà è costante in tutte le numerose varianti delle terapie aferetiche, e contribuisce a renderle allettanti, come terapie alternative, complementari, o antagoniste in condizioni cliniche critiche. In definitiva, laddove la terapia farmacologica “apporta” benefici curativi aggiungendo farmaci che agiscono più o meno selettivamente, la terapia aferetica cerca di “sottrarre” più semplicemente la sostanza stessa. Inoltre, i farmaci spesso causano complicanze da interazioni e tossicità d’organo, mentre l’aferesi continua a mantenere un basso profilo di eventi avversi.

Una primissima ideazione e progettazione di terapia aferetica, in forma ancora molto primitiva, ma parrebbe altrettanto efficace, viene attribuita a John J. Abel, biochimico e farmacologo della Johns Hopkins Medical Institution che, nel 1914, pubblicò il suo fortunato esperimento per trattare la “toxiemia”, provocata sperimentalmente, in cani sottoposti a nefrectomia bilaterale. Il trattamento consisteva essenzialmente in una successione di salassi di sangue in toto, da cui il plasma veniva scartato, sostituito da una soluzione di Locke e successivamente reinfuso (1). Questa esperienza marcò l’inizio di una forma di terapia innovativa, venne denominata “plasmaferesi” e rappresentò l’evoluzione delle precedenti terapie con sanguisughe e flebotomie, utilizzate da oltre tremila anni in accordo al dogma “toglier via la malattia con il sangue”. La strada al potere terapeutico della rimozione del “solo” plasma, medium dove si potevano concentrare sostanze tossiche dal potere patogeno, era così aperta (2).

Da quell’esperimento, negli anni successivi, si assisteva ad una rapidissima ascesa dei trattamenti extracorporei, favoriti dalla disponibilità di albumina umana frazionata (Edwing Cohn, 1940), emoderivato che ebbe un grande utilizzo nel corso della seconda guerra mondiale (3).

In effetti, furono proprio le necessità belliche a imprimere una rapida accelerazione alle metodiche di lavorazione del sangue favorendo nuove metodiche di donazione, affinando i processi di frazionamento e stoccaggio degli emocomponenti.

Sempre Cohn, 1951, presentava il primo “sistema chiuso” in grado di separare il sangue tramite centrifuga; nasceva così uno dei primi separatori cellulari per la separazione automatica del plasma (4).

Nel 1952 Allan Latham Jr e la Arthur D. Little Company presentarono il primo separatore a flusso discontinuo (Haemonetics Corporation).

Tuttavia, ancora nel 1960, la prima plasmaferesi terapeutica vera e propria era effettuata manualmente su un paziente con Macrogobulinemia di Waldestrom allo scopo di trattare i sintomi da iperviscosità plasmatica (5).

Nel 1962, a G. Judson (IBM) e E. Freireich (NCI) si deve il primo separatore cellulare a “flusso continuo” con un sistema centrifugante, sacche e tubi integrati, che permetteva di raccogliere, oltre al plasma, anche globuli bianchi e piastrine a scopo donazionale o depletivo.

Nel 1966, viene effettuata la prima leucaferesi in un paziente con leucemia mieloide cronica usando proprio il separatore cellulare sviluppato dalla IBM (6). In quegli anni inizia anche in maniera sistematica l’attività di raccolta di plasma per il frazionamento industriale.

Seguivano anni di rapida evoluzione delle tecnologie aferetiche con l’avvento, nel 1971, della prima raccolta di cellule staminali all’MD Anderson, evento che cambierà radicalmente l’evoluzione dei trapianti di cellule staminali (7).

Nei successivi decenni si concretizzano sulla scena terapeutica anche i separatori di nuova generazione: Cobe 2991 (8) utilizzato principalmente come processatore cellulare ex-vivo, per lavare le emazie congelate e concentrare le cellule staminali midollari e, nel 1980, del Cobe 2997, con centrifuga a singolo e doppio stadio, che, rispetto ai precedenti separatori, rappresentava una notevole evoluzione grazie alla grande maneggevolezza, maggiore facilità di uso, set totalmente disposable-monouso e flessibilità del sistema che permetteva di effettuare terapie di plasma-exchange (9) e citoaferesi su una sola piattaforma (10, 11).

I tempi erano ormai maturi per la comparsa di separatori cellulari che potevano entrare nella routine terapeutica di tutti gli ospedali, sia per scopi donazionali che terapeutici.

Nei tardi anni ’80 sono operative diverse piattaforme per aferesi di ultima generazione tra le principali ricordiamo i PSC e MCS di Haemonetics, i Cobe Spectra, poi Trima ed Optia attualmente Terumo, il CS300, poi Fenwal Autopheresis C e successivamente Amicus, ora Fresenius, Alyx per Baxter/Fresenius Kabi ed infine il Fresenius AS.TEC 104 fino al COM.TEC, tra i più famosi ed utilizzati separatori cellulari con sistema a centrifuga.

Tuttavia, parallelamente allo sviluppo di sistemi di aferesi a centrifuga, nel 1978, fanno la loro comparsa anche diverse tipologie di membrane filtranti (12), su sangue e su plasma, e numerose sostanze adsorbenti più o meno selettive (13 14 15) per specifiche molecole o cellule ematiche. Questi sistemi sono la naturale evoluzione di tecniche di dialisi ed utilizzano, nel caso delle membrane filtranti, filtri che in base alle diverse dimensioni e configurazioni dei pori, trattengono cellule e proteine, lasciando passare ciò che non si vuole sottrarre.

Questo prodigioso sviluppo partito da un’idea iniziale molto semplice, e per questo geniale, ha reso disponibili molte tecnologie aferetiche tutt’oggi utilizzate.

 

Presupposti per un’aferesi efficace

I meccanismi con cui le terapie aferetiche agiscono sulle malattie, per lo più, non incidono sulla patogenesi, benché, in alcune situazioni, siano in grado di influenzare radicalmente la prognosi dei pazienti.

Al pari di tutte le attività mediche, anche nell’applicazione delle tecniche aferetiche lo scopo, e le condizioni contingenti, influenzano la scelta dei mezzi. Poiché negli ultimi decenni c’è una discreta disponibilità di terapie aferetiche è importante individuare la tecnologia più appropriata al singolo paziente.

Laddove in campo donazionale la prima scelta cade sempre su una tecnologia efficace e minimamente invasiva, per rispetto al donatore ed al suo gesto; in campo terapeutico, la scelta della terapia è più complessa ed è subordinata ad una valutazione omnicomprensiva della malattia, della concomitanza di altre patologie, delle condizioni cliniche generali, delle terapie farmacologiche: in definitiva è il risultato di un’adeguata riflessione sul rapporto rischio/beneficio.

La scelta della tecnica, pertanto, è il primo passo nella corretta gestione della terapia aferetica. Perché una malattia possa avere un vantaggio nell’essere curata con aferesi deve avere questi requisiti:

1. chiara identificazione dell’agente patogeno o, in alternativa, una molto probabile patogenesi;
2. la sostanza, o la cellula devono trovarsi nel sangue periferico in concentrazione utile da poter essere validamente ridotte;
3. la riduzione del patogeno deve presupporre una risposta clinica e non limitarsi ad una cosmesi dei parametri di laboratorio;
4. il decorso della malattia deve essere limitato nel tempo, non potendo prevedere, se non in casi eccezionali, il ricorso alla terapia aferetica vita natural durante;
5. la sostanza/cellula non deve avere un tempo di ridistribuzione/metabolismo troppo rapido in grado di invalidare il calo ottenuto con l’aferesi

Qualora, al termine di un ciclo di terapia, non si evidenzi il miglioramento clinico atteso, bisognerebbe verificare, oltre che la diagnosi e l’indicazione all’aferesi, anche la correttezza della terapia praticata o la modalità della sua applicazione.

 

Quale aferesi?

Al momento non esiste uno standard tecnologico riconosciuto nell’applicazione delle terapie aferetiche, benché da più parti sembrerebbe emergere l’esigenza ad una standardizzazione delle unità di aferesi per poter garantire prestazioni efficaci ed un livello di assistenza omogeneo (16).

In Italia, ma non solo, le terapie aferetiche presentano una vasta difformità di applicazione (17).

L’American Society for Apheresis propone da diversi anni delle Linee Guida costruite con approccio “evidence based” che sono diventate un po’ il punto di riferimento del settore (18). Queste linee guida manifestano l’intenzione di garantire una terapia più uniforme oltre a circostanziare il grado delle raccomandazioni all’aferesi nelle diverse malattie. Alle linee guida ASFA va riconosciuto un grandissimo valore metodologico, ma giustamente, rappresentano la realtà aferetica americana, che è focalizzata quasi completamente su una sola metodica: il plasma–exchange. In Italia, Europa e nell’Est del mondo, l’aferesi è praticata molto spesso con metodologie alternative al “plasma-exchange”, con casistiche ricche di studi e casi clinici riportati, ma ancora orfane di linee guida così ben strutturate.

Oltre alle variabili scientifiche, la scarsa standardizzazione si trova anche in campo organizzativo:

1. aferesi svolta da professionisti di diverse specializzazioni: ematologi, nefrologi, altri specialisti che improntano le tecnologie utilizzate in base alle proprie esperienze e preferenze personali;
2. strutture più o meno complesse che influiscono sulla disponibilità di tecnologie;
3. disponibilità economiche.

Ognuna di queste variabili influenza profondamente la tipologia della terapia aferetica offerta.

Non è quindi difficile che, la stessa patologia, possa essere trattata con diverse tecniche aferetiche, (non c’è una linea guida che imponga una tecnica sulle altre) in base alla disponibilità, la confidenza personale con una tecnologia piuttosto che con altre, alla possibilità di investire in tecnologie più o meno selettive, e, non ultimo, in base all’esperienza del personale ed orientamento specialistico.

Dalla somma di queste variabili emerge una moltitudine terapeutica che, pur esitando in una risposta clinica, lascia una strana sensazione di confusione metodologica.

 

Tecnologie di base

Le tecniche di base in aferesi si identificano essenzialmente in tre procedimenti di separazione fisica del sangue intero:

1. centrifugazione differenziale;
2. filtrazione tramite membrane;
3. adsorbimento di sostanze e cellule su sangue intero o su plasma precedentemente separato.

Queste metodiche permettono in maniera alquanto semplice che il sangue in toto possa essere separato in plasma ed elementi corpuscolati o che il patogeno venga direttamente separato/adsorbito da sangue o da plasma.

Una delle tecnologie più semplici consiste nella separazione del plasma che può essere oggetto di diverse finalità:

1. può essere raccolto (donazione di plasma) o scartato e sostituito in toto da altre soluzioni infuse in luogo del plasma del paziente (plasma-exchange);
2. può essere ulteriormente “trattato/rigenerato”, passando su filtri/membrane semi selettivi o adsorbito su sostanze affini/complementari e, quindi, infuso al paziente assieme alla parte corpuscolata (filtrazione a cascata o assorbimento selettivo).

Queste due metodiche rappresentano il grande capitolo dei “plasma-trattamenti” e si applicano a tutte quelle patologie laddove la sostanza nociva è, o si suppone essere nel plasma per cui, la rimozione del plasma in toto, o la selezione della singola sostanza plasmatica con metodiche più o meno selettive, può esitare nel miglioramento clinico del paziente.

I plasma-trattamenti possono essere condotti con separatori a centrifuga o tramite plasma-filtrazione.

Al contrario dei plasma-trattamenti, i cito-trattamenti sono per la maggior parte eseguiti con metodiche di centrifugazione semplice, miranti a raccogliere/scartare i globuli rossi, globuli bianchi e piastrine, o a scambiare globuli rossi difettosi con globuli rossi normali. Unica eccezione è rappresentata dalla cosiddetta citoaferesi selettiva che si esegue con adsorbimento/filtrazione diretta dei globuli bianchi da sangue in toto su filtri ad hoc o su ligandi specifici.

Principali differenze tra sistemi a centrifuga e filtrazione

È ampiamente dimostrato che la metodica a centrifuga offre, rispetto alla filtrazione su membrana, una maggiore efficienza di plasma estrazione: 60-65% versus il 30%, questa caratteristica, di per sé, consente di ridurre sensibilmente i tempi di terapia aferetica. La plasmafiltrazione su membrana necessita maggiori volumi di processazione (3 volumi ematici rispetto ai 1,5) per estrarre il corrispettivo di 1-1,5 volumi plasmatici (19).

È proprio per tale ragione che i plasma-trattamenti su membrana si eseguono con velocità di prelievo sensibilmente più alte, spesso ottenute posizionando cateteri venosi centrali per mantenere tempi di terapia accettabili, laddove, le basse portate di prelievo necessarie per i sistemi a centrifuga garantiscono una maggiore probabilità di utilizzare accesi venosi periferici.

Nei sistemi a filtrazione è pertanto sconsigliato l’utilizzo di ACD-A come anticoagulante poiché sarebbe necessario utilizzare quantità troppo elevate e velocità di infusione troppo rapida con il conseguente rischio di eccessiva tossicità da citrato. L’eparina è, dunque, l’anticoagulante di scelta e comporta tutti i rischi di una anticoagulazione sistemica.

Un ulteriore fattore a sfavore dei sistemi a membrana è il maggior volume di extracorporea rispetto ai sistemi a centrifuga, eccezion fatta per il plasma-separatore del sistema Life 18^® (Therasorb) che ha un volume certificato di 10 ml nel disco separatore, il volume più piccolo in assoluto rispetto a tutti gli altri sistemi di plasmafiltrazione ed a centrifuga, disponibili su mercato.

In definitiva, qualora si voglia separare il plasma da destinare allo scarto (plasma-exchange) o ad una successiva filtrazione/assorbimento (plasma rigenerazione), sembrerebbe essere preferibile e più valida una metodica a centrifuga, piuttosto che la plasmafiltrazione su membrana perché riesce a procurare circa 2,5 volte più plasma da trattare nell’unità di tempo.

Tuttavia, qualunque piattaforma di separazione si voglia utilizzare è necessario conoscere i principi e le leggi che stanno alla base del processo di separazione in particolare la “forza centrifuga” e la “pressione trans membrana” rispettivamente per la centrifugazione e per la filtrazione.

 

1. Sistemi a centrifuga

Ogni separatore cellulare a centrifuga sfrutta le proprietà della forza centrifuga di un sistema chiuso, rotante, per applicare una forza che agisce su un corpo che si muove di moto circolare, per accelerare la separazione del sangue. Ogni separatore adotta algoritmi dedicati ai protocolli specifici: la velocità di rotazione, la forma delle centrifughe (campana o cintura a stadio singolo o doppio), o il raggio di centrifuga, tutte variabili che influenzano l’entità della forza centrifuga applicata. In definitiva i separatori cellulari a centrifuga sfruttano le forze agenti in un campo gravitazionale artificiale in rotazione come risultante di forze e pseudo forze intrinseche (F. di Euler e F. di Coriolis e F. centrifuga).

Il secondo aspetto alla base di queste piattaforme è la velocità di sedimentazione delle cellule, cioè il fenomeno naturale per cui, in un liquido, le particelle spontaneamente si separano e sedimentano secondo le leggi fisiche.

Questo fenomeno, riassunto nell’algoritmo, e meglio conosciuto come Legge di Stoke [(Vg = d² (ρp – ρl) / 18μ x G)], dove Vg= velocità di sedimentazione, d diametro della particella, ρp = densità della particella, ρl = densità del liquido, G = accelerazione gravitazionale, μ = viscosità del liquido), spiega che la velocità di sedimentazione è direttamente proporzionale al quadrato del diametro delle cellule, alla differenza di densità tra cellule/particelle e liquido in cui sono sospese, all’accelerazione gravitazionale, del tutto trascurabile nel caso dei separatori cellulari, ed inversamente proporzionale alla viscosità del liquido.

Sulla base di queste conoscenze è possibile programmare i diversi protocolli terapeutici/donazionali, agendo sulla forma delle centrifughe e sulle forze rotanti e si afferra anche il perché le diverse cellule sedimentino e si stratifichino secondo un ordine preciso.

Benché sul mercato esistano numerosi separatori cellulari di diverse forme e dimensioni, i protocolli terapeutici o donazionali sono tutti basati su questi principi, e in definitiva, l’evoluzione e la conoscenza nel campo della separazione ha uniformato le prestazioni dei vari separatori cellulari, per cui la scelta di uno, piuttosto che un altro, dipende dalle caratteristiche del centro, dall’abitudine degli operatori e, non ultimo, dalla convenienza economica per l’ospedale.

 

2. Sistemi a membrana

Nelle piattaforme aferetiche a membrana la separazione del sangue avviene attraverso un filtro/membrana con caratteristiche di porosità tali da permettere il passaggio del plasma trattenendo all’interno le cellule del sangue.

In aferesi ci sono due tipologie base di membrane filtranti: i filtri sangue (o plasma filtro primario) che separano il plasma dal sangue in toto, e i filtri plasma che separano le singole molecole dal plasma. I pori di membrana dei filtri sangue hanno dimensioni da 0.2 a 0.6 μm e pertanto, persino le cellule più piccole, le piastrine, dimensione media di 3 μm, non possono attraversare la membrana e restano all’interno del flusso ematico. Dai pori passa il plasma e tutte le sue molecole, la più grande delle quali è il fibrinogeno con i suoi 0.07 μm massimi di diametro e tutte le altre molecole, dalle immunoglobuline agli elettroliti perché di dimensioni sensibilmente inferiori.

Il plasma separato per centrifugazione o dal plasma filtro primario, può essere inviato ad un secondo filtro a porosità variabile, il plasma filtro o filtro a cascata, dimensioni dei pori uguale-inferiore a 0.02-0.01 μm, che trattiene alcune le macromolecole, in base alla sua porosità, e ne lascia passare altre che ritornano al paziente con la componente cellulare.

Quando si usano membrane a contatto diretto con il sangue è assolutamente necessario valutare attentamente le interazioni dei materiali con i sistemi biologici. Le membrane utilizzate sono costituite da materiali artificiali e possono attivare risposte e reazioni immunologiche pericolose o reazioni tossiche (20). Trovare un materiale veramente biocompatibile, in tutti questi anni è stata una sfida interessante dal punto di vista scientifico ed ha permesso di conoscere e teorizzare le interazioni dei sistemi biologici. Le membrane più utilizzate sono costituite da materiali sintetici come il polimetilmetacrilato (PMMA), il polietilene (PE), il polivinyl alcool (PV A), il diacetato di cellulosa (CA) o i polisulfone. Tutte queste membrane possono attivare una risposta immunologica aspecifica difficilmente controllabile e valutabile, qualora si voglia, per esempio, trattare una malattia autoimmune.

È dimostrato che l’attivazione esercitata dal contatto del sangue con i dispositivi di aferesi, soprattutto con le membrane artificiali, si estrinseca attraverso l’attivazione del complemento e delle citochine che, come si sa, possono essere di per sé responsabili di problematiche cliniche anche molto severe (21).

Tuttavia, benché le ricerche in vitro evidenzino un’attivazione più o meno costante a carico dei globuli bianchi e del complemento con qualunque membrana, le risposte dei sistemi biologici a contatto con membrane artificiali, generalmente sono molto miti e difficilmente diagnosticabili.

Un fenomeno differente, riportato saltuariamente, è la cosiddetta “immunomodulazione indotta dalla procedura” ossia l’induzione di alterazioni immunologiche indotte dal semplice contatto delle cellule del sangue con le plastiche del set e con le membrane (20). Si teorizza che le terapie aferetiche potrebbero indurre risposte immunologiche per semplice contatto e non per sottrazione. Questi fenomeni, per quanto plausibili e teoricamente affascinanti, non sono ancora del tutto chiari e non esistono evidenze scientifiche sicure in merito.

1. Pressione transmembrana

Un aspetto tecnico che è indispensabile conoscere nei sistemi membrane filtranti, è quello della pressione transmembrana. Perché le molecole possano essere separate è necessario che tra le due zone della membrana filtrante si crei una pressione differenziale. Solo a pressioni ottimali può avvenire la separazione in assenza di danni cellulari. Tutti i separatori sono in grado di applicare in modo automatico una pressione transmembrana corretta, ma vi sono condizioni/errori tecnici pericolosi che possono causare emolisi dei globuli rossi nel filtro sangue o, eccessivo accumulo di proteine sulla parete della membrana nel filtro plasma che riducono ed ostacolano la filtrazione. I problemi con il filtro sangue sono più gravi ed è necessario cambiare il filtro e/o sospendere la terapia, invece il filtro plasma può essere lavato con soluzione fisiologica per liberare i pori, benché, troppi lavaggi, possono alterare significativamente la pressione oncotica plasmatica e provocare fenomeni edematosi più o meno severi.

 

3. Sistemi misti: membrana e centrifuga

Un’evoluzione interessante dei principi di filtrazione a membrana sono quei sistemi misti che utilizzano le membrane per filtrare il plasma ma contemporaneamente utilizzano le proprietà della forza centrifuga per ottimizzare la filtrazione.

Questa combinazione di principi è una idea ingegnosa, infatti nel frattempo che il plasma viene separato dal sangue tramite pressione transmembrana, la rotazione del disco, piatto o tubulare, allontana dalle membrane le proteine adese che intasano i pori, e, a lungo andare, riducono la capacità filtrante. Due sistemi che adottano questa doppia tecnologia sono il sistema di plasma produzione della Fenwall e il separatore sangue del Life 18^® (Therasorb).

 

4. Sistemi a flusso discontinuo e continuo

Si parla di separatore a flusso discontinuo allorché il sangue viene prelevato da un accesso vascolare, portato al separatore cellulare e contestualmente separato, dopodiché, la frazione ematica non separata viene reinfusa attraverso lo stesso accesso; cicli di “prelievo/separazione e ritorno” possono essere ripetuti diverse volte in base al protocollo utilizzato. Durante la fase di ritorno generalmente non c’è separazione, benché alcuni separatori di ultima generazione garantiscono una residua attività di frazionamento per ottimizzare i tempi di procedura.

I sistemi aferetici a flusso discontinuo trovano la loro maggiore applicazione in campo donazionale.

Anche in aferesi terapeutica ci sono alcuni protocolli che permettono di effettuare una terapia con singolo ago, benché è sempre preferibile posizionare un catetere venoso a doppia via per non allungare eccessivamente i tempi di terapia e per garantire la continuità terapeutica.

I sistemi ad ago singolo privilegiano il comfort dei donatori a scapito dell’efficienza: è infatti intuitivo come un sistema a flusso discontinuo impiega, su per giù, il doppio del tempo di uno a flusso continuo per processare una pari quantità di sangue.

Una criticità nelle procedure ad ago singolo potrebbe essere la più alta extracorporea indotta durante la procedura. Infatti, laddove nei sistemi a flusso continuo, una volta riempito il circuito, il volume di sangue in extracorporea resta sempre costante e raramente supera i 250 ml, nei sistemi a flusso discontinuo, soprattutto nei sistemi a campana, l’extracorporea può raggiungere anche gli 800 ml, per esempio negli ultimi cicli di raccolta delle piastrine. Tuttavia, non sono riportati eventi avversi gravi nei donatori, probabilmente grazie all’accurata valutazione dell’idoneità fisica pre donazione.

I più moderni protocolli donazionali, inoltre, sono molto attenti ai volumi di extracorporea che ha un limite al 15%, benché non vi sia alcuna evidenza scientifica contraria al superamento di tale soglia (22).

 

Tecniche aferetiche

Di seguito sono brevemente esposti i principali trattamenti.

 

1. Plasma-exchange

Qualora la patologia sia causata da un fattore tossico presente nel plasma, malattie autoimmuni o intossicazione di proteine/cataboliti organici, essi possono essere scartati e sostituiti da uguale volume di altra soluzione (plasma fresco da donatore, plasma inattivato, soluzioni colloidali o cristalloidi).

I plasma-exchanges rappresentano la maggioranza dei plasma-trattamenti soprattutto nel continente americano dove non vi è l’abitudine ad utilizzare filtri plasmatici o assorbimenti selettivi come invece in Europa o in Asia.

La metodica, di per sé grossolana e semplice, dimostra un’efficacia non inferiore a metodiche più selettive come i trattamenti a cascata e gli assorbimenti selettivi. Il limite maggiore del plasma-exchange è la sua mancanza di selettività: poiché tutto il plasma viene scartato, se lo scambio è fatto con soluzioni colloidali/cristalloidali si assiste ad una diluizione importante di tutte le proteine ed elettroliti.

Ad esempio, soprattutto trattamenti frequenti e scambi con sostanze colloidali/cristalloidali, possono indurre una coagulopatia da diluizione, con riduzione severa dei fattori di coagulazione che espone il paziente a rischio emorragico anche grave.

Per ovviare questo inconveniente, al termine dell’aferesi, è necessario somministrare concentrati di fattori della coagulazione o scambiare l’ultima parte con plasma fresco o inattivato. L’infusione di emocomponenti comporta, tuttavia, un residuo rischio di reazioni, quelle allergiche sono tra le più comuni, ma anche immunologiche o infettivologiche.

Il plasma-exchange, essendo una metodica che sottrae almeno il 60 % del plasma originario, altera di conseguenza anche l’assetto farmacologico e necessita di appropriati aggiustamenti terapeutici soprattutto per terapie antibiotiche, immunosoppressive o anticoagulanti.

 

2. Plasmatrattamenti semiselettivi (plasmaseparazione tramite membrane secondarie, o doppia filtrazione o filtrazione a cascata)

L’utilizzo di filtri plasmatici secondari, a diversa porosità per diverse sostanze, posti sulla linea del plasma separato, consente una maggiore selettività dei plasmatrattamenti rispetto al plasma-exchange, garantendo una riduzione altrettanto efficace delle macroglobuline in generale, tra cui immunoglobuline IgM, IgG, Fibrinogeno, lipidoproteine etc ( 23). La filtrazione a cascata risparmia in modo efficace molte proteine autologhe, soprattutto l’albumina e alcuni fattori della coagulazione, non altera significativamente gli elettroliti, ad eccezione degli ioni divalenti che sono chelati dal citrato utilizzato per l’anticoagulazione.

Le metodiche di plasma filtrazione sono da considerare un’opportunità alternativa al plasma-exchange in caso il patogeno sia noto e si disponga di una membrana adatta alla molecola da sottrarre.

Pertanto, se si desidera rimuovere macromolecole della grandezza delle IgM o del colesterolo LDL/Lpa si può utilizzare un filtro a maglie più larghe che riduce considerevolmente la rimozione di altre macromolecole di dimensioni minori e non altera il livello di albumina.

In definitiva, la possibilità che una molecola attraversi una membrana è rappresentata dal suo Sieving Coefficient (S), cioè il rapporto, per una data molecola, tra la sua concentrazione plasmatica e la concentrazione della parte filtrata. Un rapporto da “uno” a “zero” descrive la capacità di un passaggio da totale a nullo; tra questi due estremi si collocano i Sieving coefficients specifici per le diverse molecole e le diverse membrane.

La filtrazione a cascata rispetto al plasma-exchange, è più selettiva, permette di processare più di un volume plasmatico ed è meno costosa a parità di efficacia clinica.

Uno svantaggio è rappresentato da un problema di biocompatibilità: se ne sconsiglia l’uso in pazienti che assumono ACE-inibitori per il rischio di reazioni anafilattoidi e di ipotensioni severe causate dal contatto del sangue con le membrane che causano l’inibizione delle kinine in pepetidi inattivi con conseguente rilascio di bradichinine (24).

 

3. Plasmatrattamenti selettivi (assorbimenti selettivi)

Il ricorso a trattamenti aferetici selettivi è considerato, a torto, una terapia di seconda linea, a cui ricorrere in casi particolari (eccezion fatta per la lipidoprotein-aferesi). Tuttavia, qualora si voglia applicare il principio del maggior beneficio con il minimo rischio, bisognerebbe ricorrere a terapie aferetiche selettive, ogni qualvolta il patogeno è sicuramente identificabile e le evidenze scientifiche favorevoli. Non sprecare le componenti normali del paziente, non interferire con la terapia farmacologica, non dover somministrare i fattori carenti a causa di terapie aferetiche non selettive, dovrebbe rappresentare l’optimum terapeutico per ogni paziente (25).

L’utilizzo di una tra le diverse tipologie di assorbimenti selettivi dovrebbe essere sempre la prima linea, allorquando siano necessari trattamenti ripetuti in un arco temporale ristretto (trattamenti quotidiani) o se, per ottenere un risultato clinico, sia necessario processare più di un volume plasmatico.

La svolta tecnologica delle terapie aferetiche di assorbimento selettivo è rappresentata dai “ligandi”, adsorbiti su delle matrici insolubili (carriers) che, attraverso un legame chimico-fisico, o un legame immunologico-biologico con il patogeno, esplicano la loro azione riducendo nel plasma del paziente la sostanza patogena.

I carriers sono sostanze di origine naturale, come agarosio, cellulosa o sfere di vetro o silice, oppure semi sintetici come il sefarosio, o sintetici come il gel di polivinil-alcool.

I ligandi chimico-fisici sono rappresentati da diverse sostanze come: resine a scambio ionico, stirene divinil benzene e carbone attivo sulla biliubina (26); destran solfato (27) e poliacrilato (28) per il colesterolo LDL/Lpa; pentapeptidi per il fibrinogeno (29).

I ligandi immunologici sono comunemente anticorpi (di origine animale o monoclonali) anti immunoglobuline di tipo IgG, IgM, IgA, IgE, immunocomplessi o catene leggere libere (30), oppure, anticorpi specifici verso antigeni molecolari (come anticorpi anti apoB) (31).

I ligandi biologici sono sostanze come il triptofano, la fenilalanina (32), la proteina A stafilococcica (33), o i fattori VIII e IX della coagulazione (34) e il C1q e legano le immunoglobuline e gli immunocomplessi con legami di tipo idrofobico (35). Tra i ligandi biologici si distinguono quelli con carboidrati biologicamente attivi (trisaccaridi terminali dei gruppi ematici A/B/AB) che rimuovono selettivamente le isoagglutinine anti A/B/AB (36), oppure l’eparina che in ambiente acido fa precipitare il colesterolo LDL e Lpa (37).

Gli assorbimenti selettivi possono lavorare su sangue intero (emoperfusione o assorbimento diretto) o su plasma precedentemente separato. Gli assorbitori possono essere monouso o rigenerabili con possibilità di essere usati un numero di volte che dipende dalle caratteristiche dell’assorbitore e dalla sicurezza dello stoccaggio.

Gli assorbimenti selettivi sono un’ottima alternativa alle metodiche di aferesi non selettive o semi-selettive e permettono una buona riduzione del patogeno, senza alterare l’assetto metabolico. Hanno, tuttavia, lo svantaggio di essere metodiche molto costose e pretendono una più che buona consuetudine con le tecniche di aferesi, una buona capacità gestionale e, soprattutto, conoscenze scientifiche per una terapia “patient-tailored”.

 

3.1 Aferesi delle lipidoproteine

Una sezione a parte merita il trattamento aferetico delle iperlipoproteinemie.

Per trattare i pazienti con iperLDL e/o iperLpa sono presenti sul mercato diversi sistemi aferetici basati su principi decisamente differenti.

Il fine di ridurre i livelli di lipoproteine LDL-Lpa può effettivamente essere raggiunto con numerose metodiche, da terapie non selettive (plasma exchange), attraverso le semi selettive (plasma filtrazione) alle più selettive, il sistema HELP, l’assorbimento su dextran solfato, o con emoperfusione diretta delle lipoproteine su ligandi come acidopoliacrilico, su dextran solfato, o tramite anticorpi leganti le ApoB delle LDL/Lpa.

Le performances dei vari sistemi sono grossomodo sovrapponibili (38); la scelta del sistema dipende da molte variabili per lo più legate a problematiche organizzative/economiche locali, benché, a causa delle frequenti terapie a cui devono sottoporsi questi pazienti nella loro vita, qui, la gestione più corretta dovrebbe essere sempre l’utilizzo del sistema più selettivo disponibile.

 

4. Citoaferesi

A completamento di questo excursus sui sistemi di aferesi, tratteremo brevemente i sistemi dedicati alle citoaferesi.

Le citoaferesi terapeutiche occupano una fetta importante tra le terapie aferetiche: nel 2015, per esempio, in Italia, rappresentavano circa il 40% su un totale di circa 24.000 terapie aferetiche (39).

Oltre alle citoaferesi terapeutiche, un ruolo ed una importanza considerevole rivestono anche le citoaferesi produttive: raccolte di cellule staminali e cellule terapeutiche a sostegno dei trapianti di midollo osseo e le raccolte di concentrati piastrinici ed eritrocitari da singolo donatore per le terapie trasfusionali.

 

4.1 Citoaferesi terapeutiche

Le citoaferesi terapeutiche depletive/riduttive sono le leucaferesi, le piastrinoaferesi e le eritrocitoaferesi.

• Le leucaferesi e le piastrinoaferesi hanno lo scopo di ridurre velocemente le due componenti cellulari in sovrannumero in patologie primitive neoplastiche midollari (iperleucocitosi e trombocitosi) o trombocitosi severe, reattive a stati flogistici post chirurgici. Sono sempre effettuate con separatori cellulari a centrifuga, che concentrano e scartano la componente ematica in sovrannumero, risparmiando, per quanto possibile, le restanti componenti normali. Sono terapie relativamente semplici dal punto di vista tecnico benché gli end points possono essere molto variabili e dipendono, in primis, dalla scelta della tecnologia aferetica, ma anche dalle condizioni del paziente (40).
• Le citoaferesi selettive sono terapie dedicate essenzialmente a patologie infiammatorie del tratto intestinale o a malattie autoimmuni. Si avvalgono di assorbitori dedicati costituiti da biglie di acetato di cellulosa, dove i neutrofili e monociti attivati si legano tramite il complemento, oppure di filtri di diverso materiale (come il polietilenftalato) che trattengono i globuli bianchi attivati. Benché la discussione scientifica attorno all’efficacia terapeutica di queste terapie sia ancora molto vivace e i punti poco chiari siano molti, si assiste tuttavia ad una veloce espansione dell’utilizzo di queste tecniche aferetiche (41).
• Le deplezioni dei globuli rossi, o eritrocitoaferesi, sono terapie necessarie per ridurre velocemente un eccesso di globuli rossi che è, o potrebbe essere, causa di sindromi da iperviscosità (policitemie primitive o eritrocitosi secondarie) oppure per ridurre velocemente i sovraccarichi marziali nelle emocromatosi primitive o nelle siderosi secondarie (42).
• Gli scambi eritrocitari sono necessari quando i globuli rossi difettosi del paziente debbano essere sostituiti da emazie normali (drepanocitosi, malaria, babebiosi, emolisi da passenger lymphocyte syndrome, ecc).

Negli ultimi anni sono diventati molto richiesti soprattutto nelle complicanze di pazienti con anemia falciforme, al fine di prevenire e curare crisi vaso occlusive. Benché di per sé la terapia sia di priva di particolare complessità, gli scambi eritrocitari, possono essere complicati da problematiche di sovraccarico o da complicanze da cateterizzazione (soprattutto in pazienti pediatrici di piccola taglia (43) ed immunologiche, immediate o ritardate, anche severe (iperemolisi), a causa delle numerose unità di emazie trasfuse in una singola sessione aferetica (44)

• La fotochemioterapia extracorporea è una terapia di sicura efficacia clinica, nonostante i contorni scientifici ancora incerti. Negli ultimi anni è aumentato significativamente il ricorso alla fotochemioterapia extracorporea come terapia immunomodulante nella cura dalla graft-versus-host-disease post trapianto di cellule staminali allogeniche, nelle neoplasie cutanee T-cell-mediated, o nel rigetto di trapianti di organi e tessuti e nelle malattie autoimmuni (45). La terapia consiste essenzialmente in una raccolta di cellule mononucleate, addizionate con 8-metossipsoralene e irradiate con un dispositivo dedicato, integrato con il separatore (tecnica in-line), o irradiate con un differente irradiatore di raggi UVA (tecnica off-line). La raccolta di cellule mononucleate deve rispettare alcune caratteristiche necessarie affinché l’irradiazione possa essere efficace tra cui ematocrito e volumi di raccolta, e necessita di controlli di qualità standard per la validazione della terapia.

 

4.2 Donazioni di emocomponenti autologhi o allogenici

La raccolta di emocomponenti allogenici a scopo donazionale è una pratica riservata essenzialmente a persone sane che donano, come gesto di solidarietà, cellule destinate alla cura di pazienti in stato di bisogno.

• Raccolte di emocomponenti da donatore non stimolato: quotidianamente, raccolte aferetiche di concentrati piastrinici e multicomponent, permettono di ricavare simultaneamente uno o più componenti cellulari: emazie-piastrine; doppia dose di piastrine; plasma-piastrine; plasma-emazie; doppia dose di emazie; plasma-emazie-piastrine, ecc.

L’impegno dei donatori coinvolti in donazioni in aferesi può essere considerevole, ma lo sviluppo dei sistemi di sicurezza dei più moderni separatori cellulari dedicati garantisce qualità e standardizzazione dei prodotti e ottima tolleranza da parte dei donatori. Inoltre, per venire incontro al confort dei donatori, la maggioranza dei separatori utilizzano protocolli mono ago, e contengono i tempi di donazione entro l’ora.

• Raccolta di cellule staminali da sangue periferico autologhe e allogeniche da donatore stimolato con fattore di crescita granulocitario: è una donazione che richiede un impegno veramente molto considerevole, anche perché necessita di una terapia di mobilizzazione delle cellule staminali di quattro-cinque giorni (mobilizzazione).

Dopo adeguata mobilizzazione, pazienti o donatori famigliari o non imparentati, si sottopongono ad aferesi – tre/sei ore – per raccogliere il target di cellule staminali necessarie alla buona riuscita del trapianto. Diversi separatori cellulari, tutti rigorosamente a centrifuga, possono essere utilizzati, così pure diversi protocolli di raccolta. I più moderni separatori cellulari garantiscono una buona standardizzazione dei prodotti congiuntamente ad una facile operatività per il sanitario. La scelta del separatore dipende dalle preferenze dell’operatore e dalle condizioni di raccolta richieste, ad esempio la necessità di successive manipolazioni, essendo, in definitiva, l’efficienza di raccolta molto simile tra i diversi separatori cellulari attualmente in commercio. Sono necessari due accessi vascolari idonei, in assenza dei quali si ricorre al posizionamento di cateteri venosi centrali.

• Raccolta di linfociti CD3+ per DLI (donor lymphocyte infusion): queste donazioni possono essere necessarie dopo alcuni mesi/anni dalla donazione di cellule staminali allogeniche per problematiche di recidiva di malattia o di insufficiente attecchimento. Una raccolta di linfociti per DLI è una raccolta di globuli bianchi arricchita in cellule mononucleate (linfociti/monociti) con un contenuto definito di linfociti CD3+.

Le raccolte sono effettuate con separatori cellulari a centrifuga, a doppio accesso vascolare, con modalità simile alla raccolta di cellule staminali, ma da donatori non stimolati, perché vengono raccolte piccole quantità di linfociti fisiologicamente circolanti nel sangue periferico.

 

Conclusione

Il lavoro in un reparto di aferesi offre una buona opportunità di ampi orizzonti culturali in campo medico grazie alla vasta trasversalità delle terapie aferetiche in molte specialità medico/chirurgiche. Questa trasversalità è un onere, ma apporta anche un certo grado di soddisfazione allorquando si raggiunge la consapevolezza di riuscire a padroneggiare correttamente il proprio mestiere. Come in tutti i campi della medicina, lo studio e l’aggiornamento continuo sono requisiti indispensabili e, per i medici in aferesi, ricoprono la duplice valenza di aggiornamento specifico e aggiornamento interdisciplinare per potere rispondere adeguatamente alle richieste delle diverse specialità che utilizzano le terapie aferetiche nel percorso terapeutico dei pazienti.

L’evoluzione farmacologica degli ultimi decenni, imponente e rapida, ha avuto un grande impatto sulla terapia aferetica, sia in termini di scomparsa di molte indicazioni aferetiche soppiantate dalle nuove terapie, che in termini di nuove indicazioni e di nuove complicanze.

In definitiva, l’evoluzione farmacologica ha complicato il lavoro in aferesi perché, i pazienti arrivano a fare terapia aferetica come terapia di ultima spiaggia. I medici che si occupano di aferesi devono avere l’onestà e la lucidità di proporre le terapie più adeguate e sicure sulla base delle evidenze, ma anche su una personale e serena valutazione del paziente, caso per caso, evitando generalizzazioni e astrattismi.

Le linee guida possono essere di aiuto nella scelta della tecnologia più adeguata, tuttavia, proponendo gestioni teoriche e concetti generali, devono passare il vaglio della valutazione caso-per-caso, delle condizioni organizzative e, purtroppo, anche economiche del singolo servizio.

Un punto critico può essere, per esempio, la scelta tra terapie aferetiche non selettive e, via via, progressivamente selettive: questa scelta dovrebbe rispondere primariamente a criteri di appropriatezza clinica, ma purtroppo dipende anche da considerazioni di opportunità economica e di disponibilità tecnologica.

In linea generale il consiglio è: utilizzare la procedura più selettiva possibile laddove il patogeno è noto, o in caso di incertezza sulla natura del patogeno, qualora le evidenze scientifiche siano veramente indiscutibili.

Un altro punto critico rimane la scelta della terapia più adatta nella gamma delle terapie aferetiche e dei protocolli disponibili. Non c’è consenso unanime nel mondo scientifico sul metodo più appropriato per trattare ogni patologia, piuttosto c’è un’ampia gamma di metodiche e protocolli utilizzati che spesso sortiscono la medesima efficacia terapeutica. L’esperienza personale e la condivisione delle esperienze con i colleghi spesso aiutano a trovare una soluzione nel labirinto delle variabili esistenti.

Il monitoraggio di alcuni parametri specifici durante il trattamento con aferesi è obbligatorio per avere un ritorno sull’efficienza della terapia o sulle variazioni bioumorali indotte dalla terapia.

L’outcome clinico non è sempre valutabile, o per lo meno non sempre nel breve arco temporale in cui si effettuano le terapie (1-2 settimane, alcuni mesi): è quindi importante monitorare se il livello della sostanza target, o il livello di fattori importanti per il benessere, possano aver subito modifiche significative.

In conclusione benché la gestione delle tecniche di aferesi non rappresenti dal punto di vista tecnico difficoltà esagerate, è un lavoro complesso che necessita di professionisti seri e preparati: un’ottima dose di curiosità, onestà intellettuale, professionalità e impegno sono i requisiti indispensabili per chi si propone come specialista in aferesi affinché le terapie erogate possano garantire elevati standard e possano reclamare il giusto riconoscimento nel contribuire al percorso verso la guarigione di tanti pazienti.

 

 

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