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Aspergillus fumigatus causes life-threatening opportunistic infections in immunocompromised patients. As therapeutic outcomes of invasive aspergillosis (IA) are often unsatisfactory, the development of targeted immunotherapy remains an important goal. Linking the innate and adaptive immune system, dendritic cells are pivotal in anti-Aspergillus defense and have generated interest as a potential immunotherapeutic approach in IA. While monocyte-derived dendritic cells (moDCs) require ex vivo differentiation, antigen-pulsed primary myeloid dendritic cells (mDCs) may present a more immediate platform for immunotherapy. To that end, we compared the response patterns and cellular interactions of human primary mDCs and moDCs pulsed with an A. fumigatus lysate and two A. fumigatus proteins (CcpA and Shm2) in a serum-free, GMP-compliant medium. CcpA and Shm2 triggered significant upregulation of maturation markers in mDCs and, to a lesser extent, moDCs. Furthermore, both A. fumigatus proteins elicited the release of an array of key pro-inflammatory cytokines including TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-8, and CCL3 from both DC populations. Compared to moDCs, CcpA- and Shm2-pulsed mDCs exhibited greater expression of MHC class II antigens and stimulated stronger proliferation and IFN-γ secretion from autologous CD4\(^+\) and CD8\(^+\) T-cells. Moreover, supernatants of CcpA- and Shm2-pulsed mDCs significantly enhanced the oxidative burst in allogeneic neutrophils co-cultured with A. fumigatus germ tubes. Taken together, our in vitro data suggest that ex vivo CcpA- and Shm2-pulsed primary mDCs have the potential to be developed into an immunotherapeutic approach to tackle IA.
Understanding the mechanisms of early invasion and epithelial defense in opportunistic mold infections is crucial for the evaluation of diagnostic biomarkers and novel treatment strategies. Recent studies revealed unique characteristics of the immunopathology of mucormycoses. We therefore adapted an alveolar Transwell® A549/HPAEC bilayer model for the assessment of epithelial barrier integrity and cytokine response to Rhizopus arrhizus, Rhizomucor pusillus, and Cunninghamella bertholletiae. Hyphal penetration of the alveolar barrier was validated by 18S ribosomal DNA detection in the endothelial compartment. Addition of dendritic cells (moDCs) to the alveolar compartment led to reduced fungal invasion and strongly enhanced pro-inflammatory cytokine response, whereas epithelial CCL2 and CCL5 release was reduced. Despite their phenotypic heterogeneity, the studied Mucorales species elicited the release of similar cytokine patterns by epithelial and dendritic cells. There were significantly elevated lactate dehydrogenase concentrations in the alveolar compartment and epithelial barrier permeability for dextran blue of different molecular weights in Mucorales-infected samples compared to Aspergillus fumigatus infection. Addition of monocyte-derived dendritic cells further aggravated LDH release and epithelial barrier permeability, highlighting the influence of the inflammatory response in mucormycosis-associated tissue damage. An important focus of this study was the evaluation of the reproducibility of readout parameters in independent experimental runs. Our results revealed consistently low coefficients of variation for cytokine concentrations and transcriptional levels of cytokine genes and cell integrity markers. As additional means of model validation, we confirmed that our bilayer model captures key principles of Mucorales biology such as accelerated growth in a hyperglycemic or ketoacidotic environment or reduced epithelial barrier invasion upon epithelial growth factor receptor blockade by gefitinib. Our findings indicate that the Transwell® bilayer model provides a reliable and reproducible tool for assessing host response in mucormycosis.
Mature dendritic cells (DCs) represent cellular adjuvants for optimal antigen presentation in cancer vaccines. Recently, a combination of prostaglandin E\(_2\) (PGE\(_2\)) with Toll-like receptor agonists (TLR-P) was proposed as a new standard to generate superior cytokine-producing DCs with high migratory capacity. Here, we compare TLR-P DCs with conventional DCs matured only with the proinflammatory cytokines TNFα and IL-1ß (CDCs), focussing on the interaction of resulting DCs with CD8\(^+\) T-cells. TLR-P matured DCs showed elevated expression of activation markers such as CD80 and CD83 compared to CDCs, together with a significantly higher migration capacity. Secretion of IL-6, IL-8, IL-10, and IL-12 was highest after 16 h in TLR-P DCs, and only TLR-P DCs secreted active IL-12p70. TLR-P DCs as well as CDCs successfully primed multifunctional CD8\(^+\) T-cells from naïve precursors specific for the peptide antigens Melan-A, NLGN4X, and PTP with comparable priming efficacy and T-cell receptor avidity. CD8\(^+\) T-cells primed by TLR-P DCs showed significantly elevated expression of the integrin VLA-4 and a trend for higher T-cell numbers after expansion. In contrast, TLR-P DCs displayed a substantially reduced capability to cross-present CMVpp65 protein antigen to pp65-specific T cells, an effect that was dose-dependent on PGE2 during DC maturation and reproducible with several responder T-cell lines. In conclu-sion, TLR-P matured DCs might be optimal presenters of antigens not requiring processing such as short peptides. However, PGE\(_2\) seems less favorable for maturation of DCs intended to process and cross-present more complex vaccine antigens such as lysates, proteins or long peptides.
Immunotherapeutic strategies may be a treatment option in patients with refractory acute myelogenous leukemia (AML) or, in cases of complete remission after conventional therapy regimens, may help to reduce disease recurrence or delay time to progression. Evidence suggests a key role of dendritic cells (DCs) in cancer immunotherapy due to their capacity to present tumour antigens to effector cells. We generated cytokine-induced killer (CIK) cells from healthy donors and examined their responses in vitro in an LDH release assay against three cell lines and allogeneic HLA non-matched blasts from three patients with de novo AML after coincubation with autologous peripheral blood monocyte-derived DCs. Although DCs were unable to enhance CIK cell effects against all three cell lines tested, the cytotoxic activity against the patients’ AML cells increased after coculture with mature DCs, which was significant in two of three patients. However, neither prior pulsing of the DCs with blast cell lysates nor with leukemic cell-derived total RNA further enhanced the lytic capacity of the CIK cells. On the contrary, pulsing reduced or even reversed the cytotoxic activity of the effector cells. This decrease of allogeneic cytotoxicity led us to conclude that monocyte-derived DCs may be useful in autologous or allogeneic vaccine strategies for the treatment of AML or in priming donor lymphocytes in vitro, but unfractionated antigens as pulsing agents may have inhibitory effects on T cell efficiency and their employment in immunotherapeutic strategies for AML seems questionable.
Background: Stimulation of CD40 can augment anti-cancer T cell immune responses by triggering effective activation and maturation of antigen-presenting cells (APCs). Although CD40 agonists have clinical activity in humans, the associated systemic activation of the immune system triggers dose-limiting side-effects.
Methods: To increase the tumor selectivity of CD40 agonist-based therapies, we developed an approach in which soluble trimeric CD40L (sCD40L) is genetically fused to tumor targeting antibody fragments, yielding scFv: CD40L fusion proteins. We hypothesized that scFv: CD40L fusion proteins would have reduced CD40 agonist activity similar to sCD40L but will be converted to a highly agonistic membrane CD40L-like form of CD40L upon anchoring to cell surface exposed antigen via the scFv domain.
Results: Targeted delivery of CD40L to the carcinoma marker EpCAM on carcinoma cells induced dose-dependent paracrine maturation of DCs similar to 20-fold more effective than a non-targeted control scFv: CD40L fusion protein. Similarly, targeted delivery of CD40L to the B cell leukemia marker CD20 induced effective paracrine maturation of DCs. Of note, the CD20-selective delivery of CD40L also triggered loss of cell viability in certain B cell leukemic cell lines as a result of CD20-induced apoptosis.
Conclusions: Targeted delivery of CD40L to cancer cells is a promising strategy that may help to trigger cancer-localized activation of CD40 and can be modified to exert additional anti-cancer activity via the targeting domain.
Eine Infektion mit dem humanen Cytomegalievirus ist immer noch eine der häufigsten und bedrohlichsten Komplikationen nach einer allogenen Stammzelltransplantation (SCT), welche eine hohe Morbidität und Mortalität verursacht. Die prophylaktische oder preämptive antivirale Chemotherapie konnte den frühen Ausbruch einer CMV-Erkrankung während der ersten 100 Tage nach SCT signifikant reduzieren, jedoch kommt es dadurch häufig zu einem späten Ausbruch der CMV-Erkrankung und schwerwiegenden Nebenwirkungen wie Myelotoxizität und Nephrotoxizität. Zur Bekämpfung und Langzeitkontrolle einer CMV-Infektion ist eine effiziente zellvermittelte CMV-spezifische Immunität unabdingbar. Im Rahmen dieser Dissertation, wurden deshalb drei CMV-Vakzinkandidaten basierend auf dem hoch attenuierten Modifizierten Vaccinia Ankara Virus (MVA), welche stabil pp65 und/oder IE1 (MVA-IE1, MVA-pp65, and MVA-IE1-pp65) exprimieren und zugleich frei von Selektionsmarkern sind, auf ihre Fähigkeit hin untersucht CMV-spezifische T-Zellantworten zu induzieren. Als erstes wurden humane mononukleäre Zellen des periphären Blutes (PBMCs) und Leukozytensubpopulationen (aus Monozyten generierte dendritische Zellen (DCs), Monozyten und B-Zellen) mit MVA infiziert um deren Infektionsrate, Veränderungen in der Expression der Oberflächenmarker und der Zytokinexpression sowie deren Apoptoserate zu untersuchen. Monozyten, DCs und B-Zellen waren besonders empfänglich für eine MVA-Infektion, gefolgt von NK-Zellen. Monozyten wurden stark aktiviert, was sich durch eine erhöhte Expression der kostimulatorischen Moleküle, MHC-Komplexe und CCR7 zeigte, wohingegen DCs eine inkomplette Aktivierung vorwiesen und B-Zellen gehemmt wurden. Des Weiteren wurde die Expression von CXCL10, TNFa, IL-6 und IL-12 signifikant in den Antigen-präsentierenden Zellen (APCs) erhöht, aber die von IL-1b und IL-10 blieb unverändert oder wurde sogar signifikant reduziert. MVA induzierte also eine Th1-polarisierenden Zytokinexpression in den APCs. Allerdings konnten CMV-spezifische T-Zellen nicht mit direkter Antigenpräsentation durch DCs expandiert werden, da die DCs nach Infektion mit MVA schnell durch Apoptose starben und eine unzureichende Expression der kostimulatorischen Moleküle und MHC-Komplexe aufwiesen. Vielmehr konnte gezeigt werden, dass die erfolgreiche Expansion CMV-spezifischer T-Zellen mittels Kreuzpräsentation von Antigenen MVA-infizierter Leukozyten durch DCs erfolgte. Die Phagozytose von apoptotischen Material von MVA-infizierten Leukozyten mit anschließender Antigenprozessierung induzierte eine vollständige Ausreifung der DCs in vitro einhergehend mit erhöhter IL-12-Expression, was erheblich zu einer erfolgreiche T-Zell-Stimulation und –Expansion beitrug. Neben pp65-spezifischen T-Zellen wurden auch IE1-spezifische T-Zellen expandiert, wenn auch in einem geringeren Ausmaß. Der größte Teil der expandierten T-Zellen wies einen Effektor-Gedächtnis-(EM)-Phänotyp auf. Ein kleinerer Anteil besaß jedoch einen zentralen Gedächtnis-(CM)-Phänotyp, welcher bekannt ist für eine Langzeitpersistenz und eine erfolgreiche Etablierung eines T-Zell-Gedächtnis-Pools. Darüber hinaus wurden keine Vaccinia-spezifischen T-Zellen der pockengeimpften Spender expandiert. Wodurch ist die Immunogenität der CMV-Antigene nicht beeinträchtigt ist. Die drei untersuchten MVA-CMV-Vakzinkandidaten erfüllen alle Stabilitäts-, Immunogenitäts- und Sicherheitsbestimmungen der Europäischen Arzneimittelbehörde (EMEA) für virale Vektorimpfstoffe und sind deshalb bereit für die cGMP-Produktion und anschließende klinische Prüfung.
Das Ziel der Arbeit war, die Einflüsse verschiedener Zytokine bzw. Wachstumsfaktoren (unter anderem Stammzellfaktor (SCF), Thrombopoetin (TPO), Flt3-Ligand (FL-3), Interleukin-3 (IL-3), Tumornekrosefaktor-a (TNF-a) und Granulozyten-Makrophagen-Stimulierender-Faktor (GM-CSF)) auf humane hämatopoetische, CD34-positive Stammzellen (HSZ) zu evaluieren. Eine relativ hohe Zellamplifikation bei gleichzeitig geringer Differenzierungsinduktion ermöglichte eine Kombination der Zytokine TSF, SCF und FL-3. Eine gezielte Differenzierung von CD14-positiven, monozytären Zellen gelang am besten mit einer Kombination der Zytokine TSF, SCF, FL-3 und IL-3. Für die Generierung von dendritischen Zellen eignete sich eine Zytokinkombination aus IL-4, TNF-a und GM-CSF. Im zweiten Teil der Arbeit wurde das Verhalten von Philadelphiachromosom-positiven CML-Stammzellen (CML = chronisch myeloische Leukämie) im Vergleich zu benignen HSZ, analog zu den obigen Gesichtspunkten, evaluiert. Die CML-Stammzellen zeigten bei Inkubation mit Zwei- und Mehrfachzytokinkombinationen eine z.T. deutlich höhere Amplifikation als die Vergleichsansätze mit benignen Zellen. In den Mehrfachzytokinansätzen fand sich im zeitlichen Verlauf darüberhinaus eine größere, verbleibende CD34-positive Zell-Population als in den benignen Vergleichsansätzen. Bei der zielgerichteten dendritischen Zelldifferenzierung verhielten sich die CML-Stammzellen ähnlich wie die benigen Zellen, wobei die Differenzierung in den Kulturen zu einem späteren Zeitpunkt auftrat. Ein Unterschied gegenüber den benignen Ansätzen zeigte sich bei den CML-Stammzellen in einer nahezu fehlenden Differenzierungsfähigkeit in CD14-positive, monozytäre Zellen. Dieser Differenzierungsblock ließ sich jedoch durch eine Kombination der verwendeten Zytokine mit Vitamin D3 überwinden.