PPT Bugiani "II stage: from Von Pirquet to IGRA, the diagnosis of infection"

III SESSIONE LA GARA DELLA RICERCA

II TAPPA: DA VON PIQUET AGLI IGRA, LA DIAGNOSI DI INFEZIONE M. BUGIANI

PATOGENESI

Different outcomes of infection with M tuberculosis, different T cell populations involved in protection, and major anti-mycobacterial effector mechanisms of macrophages.

Kaufmann S H E Ann Rheum Dis 2002;61:ii54-ii58

©2002 by BMJ Publishing Group Ltd and European League Against Rheumatism

STORIA NATURALE DELLA TB

Exposure Subclinical Infection

Infectious Tuberculosis

Non-infectious Tuberculosis

Death

• Prevalence of infectious cases • Duration of illness • Intensity, frequency and duration of contact

Largely exogenous • Particles/volume x exposure time • Production of infectious droplets • Clearance of air • Extent of exposure

Largely endogenous Innate resistance Performance of cell-mediated immunity Re-infection Strain virulence

Form and site of TB Age Patient’s susceptibility Delay in diagnosis

R F

R F R F

R F

Modello epidemiologico TB

PRIMA DI VON PIRQUET

Jenner Pasteur Koch 1890

•  Cavie venute a contatto con MT viventi o morti acquisivano resistenza a nuova infezione (fenomeno di Koch)

•  Uso di filtrato sterile di coltura di MT (vecchia tubercolina -OT) •  Immunità ritardata •  USO A SCOPO TERAPEUTICO

Eber, Pearson1890 : uso di OT nel bestiame

•  identifica infezione TB non clinicamente evidente

HISTORY

Robert Koch 1890: TB remedy Clemen von Pirquet 1890s: TB immunity Seibert 1930s: PPD

LA TUBERCOLINA

Tuberculin is an extract of tubercle bacilli

USO DIAGNOSTICO 1907 Clemens von Pirquet

comparsa precoce del nodulo nel fenomeno di Koch

allergia batterica ( ipersensibilità ai componenti del MT)

prima prova diagnostica della tubercolosi

Clemens Freiherr von Pirquet, Klinische Studien über Vakzination und vakzinale Allergie. Leipzig–Wien : F. Deuticke, 1907

^ "Kutane und konjunktivale Tuberkulinreaktionen". In: Handbuch d. Technik und Method. der Immunitätsforschung, 1st supplementary volume, Jena 1911

REAZIONE DI VON PIRQUET R e a z i o n e c u t a n e a r i t a r d a t a caratterizzata dall'insorgenza di un'area arrossata e in rilievo che segue, a distanza di 24-48 ore, l'applicazione di una goccia di soluzione della vecchia tubercolina sulla pelle lievemente scarificata

Delayed-type hypersensitivity (DTH) (e.g., tuberculin skin test)

TH1 from a previous immunization (memory)

METODI DI SOMMINISTRAZIONE

Patch test Test percutaneo Test congiuntivale Test sottocutaneo 1908 Mantoux : Intradermoreazione

• Dose certa • Lettura quantitativa (mm)

MIGLIORARE IL TEST ……… Sostanza (Siebert (1934)

Tuberculin is an extract of tubercle bacilli •  Molta ricerca fino agli anni 50 dedicata agli effetti terapeutici

• PPD-s (purified protein derivative) •  Maggiore specificità •  Assenza di capacità sensibilizzante

DOSE

•  Da 1 a 250 TU CUT-OFF diagnostico

•  5, 10, 15 mm

DOSI

Cumulative Percentage of Children Reacting to Increasing Doses of Tuberculin, Among Healthy Children and Tuberculosis Patients

Dose of tuberculin (mg)

Per

cen

t rea

ctin

g

0

20

40

60

80

100 Tuberculosis patients

Furcolow ML, et al. Public Health Rep 1941;56:1082-1100

5 TU PPD-S

Healthy children

10 -9 10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0

DISTRIBUZIONE DELLE RISPOSTE Distribution of Reaction Sizes to 5 TU Tuberculin PPD-S

in 5,544 Tuberculosis Patients, United States

Induration (mm) 0 5 10 15 20 25 30

Per

cen

t rea

ctin

g

0

5

10

15

20

Edwards LB, et al. Am Rev Respir Dis 1969;99(4, part 2 of 2):1-132

SPECIFICITA’ Tuberculin Skin Test Reaction Size Distribution

in Two Tuberculin Surveys, Korea 1965 and 1995

0 5 10 15 20 25 30

Frac

tion

reac

ting

0.00

0.02

0.04

0.06 1965

Induration (mm) 0 5 10 15 20 25 30

Frac

tion

reac

ting

0.00

0.02

0.04

0.06 1995

Korean Institute of Tuberculosis 1966:1-181 Korean National Tuberculosis Institute 1996:1-180

IL CUT-OFF

Induration (mm) 0 5 10 15 20 25 30 35

Frac

tion

reac

ting

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

Frequency Distributions of Tuberculin Skin Test Reaction Sizes in Surveys in Tanzania and Djibouti

0 5 10 15 20 25 30 35 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

Djibouti

Tanzania

Styblo K. TSRU Progress Report 1998;1:31-66 Data courtesy Djibouti: Trébucq A, IUATLD, 1995

VACCINAZIONE CON BCG Distribution of Tuberculin Skin Test Reactions 2 1/2 Months to

4 to 5 Years After BCG Vaccination in Madras and in Puerto Rico

Induration (mm) 0 5 10 15 20 25 30

Per

cen

t rea

ctin

g

0

10

20

30

Tuberculosis Prevention Trial, Madras. Indian J Med Res 1980;72(suppl):1-74

At 4 years

At 2 1/2 months

Induration (mm) 0 5 10 15 20 25 30

0

10

20

Chingleput

Puerto Rico

Comstock GW, et al. Am J Public Health 1974;64:283-91

At 4 to 5 years

EFFETTO DEL TEMPO DI LETTURA

0 150

70%

80%

90%

100%

24 48 72 96 120 Ore dall’inoculo

Spec Sens

Menzies chp. 12 in Reichman 2000

24 vs 48 ore (GS) 71% sensibilità; 81% specificità

0 2 4 6 8

10 12 14 16 18 20

5 10 15 20 25 Reazione PPD (mm)

N. c

asi d

i TB

nel

follo

w-u

p

CORRELAZIONE TRA REAZIONE CUTANEA AL PPD E RISCHIO DI SVILUPPARE TB ATTIVA

Rischio di tubercolosi dopo l’infezione

Horsburgh CR, NEJM 2004;350:2060-7

USO LONGITUDINALE Variazioni somministrazione, lettura, casuali

•  2/3 mm (5 mm =1.96 sd) Boosting (Richiamo di immunità in assenza di nuova infezione)

•  Rischio TB < 0,05% •  Fino a 2 anni dal I test •  1-10% (dipende da NTM e BCG) •  90% < 10 mm

Conversione (nuova infezione)

•  Rischio TB > 5% anno

•  Incremento di 10 mm (5 mm in CT) se il precedente <10 mm

FOLLOW.UP

Una volta positivo =sempre positivo ?

Una volta documentato positivo non è più utile

LIMITI DEL TST (MANTOUX TEST) Somministrazione e LETTURA

•  Personale addestrato •  Ritorno del testato

•  Non ritorni >30%. Chaisson et al 1996, Serwint et al 1997, Malotte et al 1999, Tanke et al 1994

Soggettività e variabilità •  Interpretazione stratificata per livello di rischio (5,10, 15 mm).

•  NTM e BCG. Huebner et al 1993, Lalvani et al 2001, Delgado et al 2002 •  Cross reactività con BCG

•  >10% falsi + per BCG; 10% NTM +, di cui 30% con TST +. Margileth 1994, Huebner et al 1993, Von Reyn et al 2001

•  Variazione PPD tra produttori e batch •  Villarino et al 2000, Chaparas et al 1985

Riproducibilità scarsa •  Kendig et al 1998

Boosting– •  Test ripetuti danno falsi positivi (Conversioni)(BCG)

Poco sensibile in TB attiva •  20 to 40% of active TB patients are TST negative.Pathan et al 2000, Fietta et al 1985, ATS/CDC

Diagnostic guidelines

Anergia & HIV •  > 50% di coinfettati TB/HIV sono TST -

MODERNE MISURE DIAGNOSTICHE PER TB: IFN- Γ IN VITRO Purified lymphocyte techniques

• PBMC culture

• Flow cytometry

• Elispot

Whole blood culture

• QuantiFERON

• Diluted whole blood

IN VIVO AND IN VITRO DIAGNOSTIC TESTS

Antigen"presenting"

cell"

Memory"T-cell"

Presentation of"mycobacterial antigens"

IFN-γ"

IFN-γ"

IL-8, etc."

IL-8, etc."

TNF-α"

TNF-α"

Andersen P, et al. Lancet 2000;356:1099"

IGRA

ELISPOT •  T-Spot

WHOLE BLOOD CULTURE •  PPD •  QuantiFERON)

•  Quantiferon •  Quantiferon-Gold •  Quantiferon –Golf in Tube

SPECIE SPECIFICITÀ DI ESAT-6 E CFP-10 (TB7.7 IN TUBE)

Environmental strains

Antigens

ESAT CFP

M abcessus

-

-

M avium

-

-

M branderi

-

-

M celatum

-

-

M chelonae

-

-

M fortuitum

-

-

M gordonii

-

-

M intracellulare

-

-

M kansasii

+

+

M malmoense

-

-

M marinum

+

+

M oenavense

-

-

M scrofulaceum

-

-

M smegmatis

-

-

M szulgai

+

+

M terrae

-

-

M vaccae

-

-

M xenopi

-

-

TB Complex

Antigens

ESAT

CFP

M tuberculosis

+

+

M africanum

+

+

M bovis

+

+

BCG substrain

gothenburg

-

-

moreau

-

-

tice

-

-

tokyo

-

-

danish

-

-

glaxo

-

-

montreal

-

-

pasteur

-

-

EFFETTO DELLA VICINANZA

Effetto della vicinanza

-5

0

5

10

15

20

25

30

4 3 2 1 4 3 2 1

ESAT6 PPD

Test/Distanza

OR

Ewer K, et al. . Lancet 2003; 361: 1168-73

VALORE PREDITTIVO VERSO SVILUPPO DI TBA

•  Doherty et al (JCM 2002) •  2-year follow up of 24 household contacts in Ethiopia

RR TBA with 95% CI vs Test +

0

1

2

3

4

5

6

ESAT6 PPD

Clinical Organismo presente

T-cell

Mantoux IFN- γ

TB guarita No M Pos Neg ?

TB attiva Si E Pos Pos

LTBI Si E Pos Pos

BCG Vac No M Pos/Neg Neg

Esposizione a NTM

? NTM M +/ -E Pos (?) Neg

Mantoux vs test IFN-γ

VANTAGGI OPERATIVI DI TEST IFΓ Specificità è Riduce trattamenti inutili

Da studiare l’impatto

Non necessita di una visita di ritorno per la lettura del test

Personale ?

Resta la necessità di comunicare i risultati (counceling)

Minore variabilità nell’esecuzione e nella lettura dei risultati

Da studiare

Standardizzazione per quanto riguarda i reagenti

In sviluppo

Nessun rischio di possibili effetti collaterali sistemici

Vero

Non è affetto da effetti di potenziamento (booster).

Vero

SVANTAGGI OPERATIVI IGRA Il campione di sangue deve essere processato in temi rapidi Costi elevati

•  QF tube 30 € per test Elevata massa critica di test per una ragionevole economia di scala, con possibile ritardo nell’esame e nei provvedimenti conseguenti Necessita di un laboratorio con attrezzatura minima Rischio per prelievi ematici in popolazioni con elevato rischio di infezione HIV e da HBsB e C

•  Rifiuto del prelievo da parte di gruppi di soggetti a rischio

% REVERSIONI PER CUT-OFF

0%

5%

10%

15%

20%

25%

5 mm/.35 10 mm/.7

15 mm/1

24%

8%

3%

10%

5%

2%

QFTB TST

TEST SERIALI

UNA VOLTA POSITIVO SEMPRE POSITIVO ?

NON E’ UTILE RIPETERE

KEY QUESTIONS What are appropriate cut-off points for different groups? What is the normal variation in T-cell responses? What is the risk of active disease in those with positive and negative IGRA results? How does this relate to risk associated with positive TST? Is there a cut-off point that will predict incipient active TB? How should conversions and reversions be defined (incrementally), and how often do they occur?

Pai, M et al, Lancet Infect Dis 2007; 7: 428-38

CDC 2010

PROBLEMI APERTI

Infezione TB o TB latente •  persistenza di micobatteri della tubercolosi nell’organismo

in assenza di evidenza clinica, batteriologica e radiologica di malattia tubercolare

L’assenza di GOLD standard non permette di valutare sensibilità e specificità verso la VERA CONDIZIONE DA CERCARE E TRATTARE

Specificità e VP+ dei test verosimilmente molto più bassa di quanto stimato

IL TEST TUBERCOLINICO (E GLI IGRA) E’ UN TEST NON UNA CONDIZIONE

PROBLEMI APERTI Che cosa cerchiamo ? Infezione TB o TB latente

•  persistenza di micobatteri della tubercolosi nell’organismo in assenza di evidenza clinica, batteriologica e radiologica di malattia tubercolare

Che cosa misuriamo ?

•  persistente risposta delle cellule T specifiche per i micobatteri in assenza di evidenza clinica di malattia tubercolare

All Theories of memory cell development would suggest that memory T cell formation is a function of withdrawal of antigen (Kaech et al 2002)

?????????????

CAMBIAMENTI CON IL TRATTAMENTO

Ø  Modello 1: •  Il trattamento eradica l’antigene

è  Riduzione IFγ Ø  Modello 2

§  Il trattamento stimola l’immunità è Aumento IFγ

Ø  Modello 3: Nessun effetto

•  LA RISPOSTA AI TEST DOPO L’ERADICAZIONE DELL’ANTIGENE SCOMPARE •  IN TEMPI NON NOTI (anni) •  IN UNA PROPORZIONE NON DETERMINATA DI SOGGETTI

LATENT TUBERCULOSIS INFECTION OR LASTING IMMUNE RESPONSES TO M. TUBERCULOSIS?

•  Latency, as assayed by TST and IGRA, is a: •  state of persistent mycobacteria-specific T-cell

responses in the absence of clinical evidence for tuberculosis disease (A).

•  Whether latent tuberculosis infection depends on the presence of living mycobacteria is presently unclear ( A).

•  The tuberculin skin test and IGRAs measures: •  “lasting tuberculosis immune responses” •  not “latent tuberculosis infection” (A). •  can not discriminate active from latent infection (A).

Mack, U., et al. (2009). TBNET consensus statement." Eur Respir J 33(5): 956-973

NUOVI TEST

DIRETTI Identificazione dei micobatteri quiescenti

(GOLD STANDARD) INDIRETTI

Isolamento di AG (o relazioni tra risposte ai diversi AG) specifici per la latenza

M.Bugiani

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GRAZIE PER L’ATTENZIONE