George Christian Tiurbe

• Solid organ transplantation is an established therapeutic approach in modern medicine to extend and to improve the life of patients in the final stages of organ failure. Transplantation between genetically non-identical individuals leads to the activation of the transplant recipient's immune system. This alloimmune response is a consequence of the recognition of foreign MHC molecules by alloreactive host T cells. To prevent their activation and the subsequently induced activation of further cell subsets (e.g. B cells, cytotoxic T cells,Solid organ transplantation is an established therapeutic approach in modern medicine to extend and to improve the life of patients in the final stages of organ failure. Transplantation between genetically non-identical individuals leads to the activation of the transplant recipient's immune system. This alloimmune response is a consequence of the recognition of foreign MHC molecules by alloreactive host T cells. To prevent their activation and the subsequently induced activation of further cell subsets (e.g. B cells, cytotoxic T cells, macrophages)immunosuppressive drugs are absolutely necessary in the clinic. However,permanent immunosuppression leads to severe side effects such as nephrotoxicity, diabetes and hyperlipidaemia, and a reduced immunity to infections and malignant diseases. At the moment, there is no real alternative to immunosuppression. The purpose of this study was to analyse the importance of rat dendritic cells with immune inhibitory properties to prevent the immune activation after experimental transplantation. The rat is one of the most important animal models for experimental organ transplantation in a clinic-relevant procedure. In order to modulate the immune response after transplantation in an antigenspecific manner, the strategy should include the alloantigens. These antigens have to be presented by immature dendritic cells in the absence of costimulatory signals in order to turn alloreactive T cells into anergic or regulatory T cells instead of effector T cells. For a certain rat model of allograft rejection,the immunodominant peptide P1 was identified as an important alloantigen which accelerates graft rejection. Such a model offers an attractive and practical approach to analyse the potential of host tolerogeneic dendritic cells pulsed with P1 to suppress the allograft-induced immune response in an antigen-specific manner without the need of chronic immunosuppression. A homogenous population of rat immature dendritic cells was generated from bone marrow precursors cultured with GM-CSF and IL-4 (= IL-4 DCs) or GM65 CSF and IL-10 (= IL-10 DCs). These cells with an identical immature phenotype showed no or a very low surface expression of costimulatory molecules like CD80 and CD86 and a 10-fold reduced expression of MHC class II molecules in comparison to mature splenic DCs. No obvious difference was observed between the phenotype of the IL-4 DCs and the IL-10 DCs. Neither IL-4 DCs nor IL-10 DCs were able to activate naïve T cells or to restimulate antigen-specific T cells. This strong inhibitory effect, mediated within 24 hours, was dependent on the number of immature dendritic cells added to the proliferation assay. Antigen-specific T cells pre-incubated with IL-4 DCs and IL-10 DCs, respectively, were not able to proliferate in the presence of P1-pulsed mature DCs. This anergic state was reversible with the addition of exogenous IL-2. T cells incubated with IL-4 DCs (= IL-4 DC-Ts) were able to inhibit the T cell proliferation in a cell number dependent manner. In contrast, antigen-specific T cells pre-incubated with P1-pulsed IL-10 DCs (= IL-10 DC-Ts)showed no effect on the proliferation assay. This was the unique difference between IL-4 DCs and IL-10 DCs found in the present study. Immature DCs influenced also the immune response after transplantation. Different numbers of P1-loaded immature IL-4 DCs and IL-10 DCs were transferred intravenously into Lewis rats one day before transplantation. The best results were obtained with 30 million P1-pulsed immature DCs which prolonged the survival time to a median of 11.2 ± 1.6 days. In addition, the antigen specificity of this effect was demonstrated with a third-party graft from Brown Norway donors. These findings suggest that an antigen-specific modulation of the immune response is possible using immature dendritic cells loaded with the allogeneic antigens. Even more, the protocols described in the present study show that the immune system can be, at least temporarily, controlled after transplantation without the use of immunosuppressive drugs.…
• Die allogene Organtransplantation, d.h. die Übertragung zwischen genetisch nicht-identischen Individuen der gleichen Spezies, ist bei irreversiblen Organerkrankungen nach wie vor die Therapie der Wahl. Die Transplantatabstoßung ist eine zum Funktionsverlust von Organtransplantaten führende T-Zellvermittelte Immunantwort. Ihre Ursache liegt in der Inkompatibilität von Organtransplantat und Transplantat-Empfänger hinsichtlich der Moleküle des Haupthistokompatibilitätskomplexes,die auch als Alloantigene bezeichnet werden. Zwar lässt sich dieDie allogene Organtransplantation, d.h. die Übertragung zwischen genetisch nicht-identischen Individuen der gleichen Spezies, ist bei irreversiblen Organerkrankungen nach wie vor die Therapie der Wahl. Die Transplantatabstoßung ist eine zum Funktionsverlust von Organtransplantaten führende T-Zellvermittelte Immunantwort. Ihre Ursache liegt in der Inkompatibilität von Organtransplantat und Transplantat-Empfänger hinsichtlich der Moleküle des Haupthistokompatibilitätskomplexes,die auch als Alloantigene bezeichnet werden. Zwar lässt sich die Transplantatabstoßung mit immunsuppressiven Medikamenten hemmen, doch vermindern diese die Immunabwehr und begünstigen die Entstehung von Infektionen und Tumorerkrankungen. Für die klinische Transplantation gibt es momentan keine Alternativen zur Immunsuppression. Um das Transplantat ohne Immunsuppression dauerhaft zu schützen, müssen die regulatorischen Komponenten des Immunsystems gezielt gestärkt werden. Das Ziel dieser Arbeit war es deshalb, die inhibierende Wirksamkeit unreifer dendritischer Zellen auf die nach Transplantation einsetzende Alloimmunantwort zu überprüfen. Charakteristisch für die Alloimmunantwort ist die Vielzahl der beteiligten Alloantigene. Doch ist es in den letzten Jahren gelungen, Peptidantigene mit einer nachweisbaren Funktion bei der Transplantatabstoßung (vermittelt über den indirekten Weg der Alloantigenerkennung) zu identifizieren. Für die in dieser Arbeit verwendete experimentelle Spender-Empfänger-Kombination ist die Bedeutung des Alloantigens P1, hierbei handelt es sich um ein aus 19 Aminosäuren bestehendes Peptid, für die Alloimmunantwort bekannt. Autologe unreife dendritische Zellen lassen sich aus Knochenmarkvorläuferzellen mit GM-CSF und IL-4 (diese Zellen werden als IL-4 DCs bezeichnet) bzw. mit GM-CSF und IL-10 (IL-10 DCs) kultivieren. Sowohl für IL-4 DCs als auch IL-10 DCs wurde keine bzw. eine sehr geringe Expression der kostimula67 torischen Moleküle CD80 und CD86 auf ihrer Zelloberfläche nachgewiesen. Die Oberflächenexpression von MHC-Klasse II Molekülen war im Vergleich zu reifen, aus der Milz isolierten dendritischen Zellen, um den Faktor 10 reduziert. In einem nächsten Schritt wurde die Wirkung von IL-4 DCs und IL-10 DCs auf T-Lymphozyten getestet. Sie können weder naive T-Lymphozyten aktivieren noch antigenspezifische T-Lymphozyten restimulieren. Der von diesen Zellen vermittelte suppressive Effekt wurde innerhalb von 24 Stunden wirksam und war eindeutig abhängig von der Zellzahl. Antigenspezifische T-Lymphozyten waren nach ihrer Inkubation mit IL-4 DCs oder IL-10 DCs nicht mehr mit P1- beladenen reifen DCs zu restimulieren. Dieser anergische Zustand ließ sich aber nach Zugabe von IL-2 aufheben. Anergische T-Lymphozyten, die mit IL-4 DCs kokultiviert wurden (= IL-4 DC-Ts), zeigten ihrerseits einen inhibierenden Effekt auf antigenspezifische T-Lymphozyten. Im Gegensatz dazu waren IL-10 DC-Ts hierzu nicht in der Lage. Dies ist der einzige Unterschied zwischen IL-4 DCs und IL-10 DCs, der in dieser Arbeit gefunden wurde. Auch in vivo zeigten IL-4 DCs und IL-10 DCs sowohl eine inhibierende Wirkung auf die lokale T-Zellpopulation als auch einen protektiven Effekt auf die Transplantatfunktion. Diese ließ sich in Abhängigkeit von der Zellzahl um 4 Tage ohne jegliche Unterstützung mit Immunsuppressiva verlängern. Dabei wurden maximal 30 Millionen unreife DCs pro Lewis Ratte eingesetzt, was ca. 10 Millionen Zellen pro 100 g Körpergewicht entspricht. Ihr immunprotektiver Effekt war dabei eindeutig antigenspezifisch. Insgesamt lassen die Ergebnisse den Schluss zu, dass autologe unreife dendritische Zellen, beladen mit Alloantigenen, eine hochattraktive Strategie zur antigenspezifischen Modulation der Alloimmunantwort nach Transplantation darstellen. In weiteren Studien soll die Effizienz dieser Zellen gesteigert werden.…