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Die rheumatoide Arthritis (RA) ist eine Autoimmunerkrankung, die durch anhaltende Gelenksentzündungen gekennzeichnet ist und mit einer fortschreitenden Degradierung des Knorpels und Knochen einhergeht. Ungefähr 2 % der erwachsenen Bevölkerung weltweit sind betroffen und leiden unter erheblichen Gelenkschmerzen und Beeinträchtigungen. Der intraartikuläre Transfer anti-entzündlicher Gene (z.B. des Interleukin-1 Rezeptorantagonisten – IL1RA) zeigte signifikante Bedeutung in präklinischen und Phase-I klinischen Studien der RA Therapie. Die meisten dieser Studien verwendeten MLV-basierte orthoretrovirale Vektoren für eine stabile Transgenexpression, tragen aber das Risiko der Insertionsmutagenese. Wir haben foamyvirale Vektoren (FVV) etabliert, welche von apathogenen Elternviren abgeleitet sind und sich durch ein breites Wirtsspektrum und ein vorteilhaftes Integrationsmuster ins zelluläre Genom auszeichnen. In dieser Arbeit wurden IL1RA exprimierende prototypische foamyvirale Vektoren (PFV) generiert, deren chondroprotektives Potential in vitro und in einem indirekten Gentransferansatz in Kniegelenken von Wistar und athymischen Nacktratten in vivo evaluiert wurde. PFV Vektoren mit der kodierenden Sequenz für den humanen IL1RA, einer internen ribosomalen Eintrittsstelle (IRES) und EGFP wurden generiert und mit Verwendung eines Vier-Plasmidsystem, bestehend aus dem Vektorplasmid (IL1RA-IRES-EGFP) und den Expressionsplasmiden FV-gag, FV-pol und FV-env in 293T Zellen produziert. Ebenso wurden Kontrollvektoren welche nur EGFP exprimieren generiert. Transduktionsexperimente wurden mit primären humanen mesenchymalen Stammzellen (MSZ) aus Knochenmarkaspiraten, der Tert-4 mesenchymalen Stammzelllinie, HT1080 Fibroblasten und primären Ratten Synovialfibroblasten durchgeführt. Die Transgenexpression wurde mittels Fluoreszenzmikroskopie (EGFP), ELISA (IL1RA) und quantitativer Real-Time PCR (IL1RA) evaluiert. Die Funktionalität des IL1RA-Proteins wurde mit einem Prostaglandin E2 (PGE2) Assay gezeigt. Dazu wurden FV.IL1RA transduzierte Tert-4 Zellen und unbehandelte Zellen mit 10 ng/ml IL1 inkubiert. Als readout für die IL1-Stimulation dienten die PGE2 Mengen in den konditionierten Medien. Die Zellkulturüberstände wurden 48 h nach IL1-Gabe auf ihren PGE2 und IL1RA Gehalt hin untersucht. Die PGE2 Menge war dabei, im Vergleich zu den unbehandelten Kontrollen, in den FV.IL1RA transduzierten Zellen signifikant erniedrigt. Nach der Transplantation von foamyviral transduzierten Synovialfibroblasten in Kniegelenke von Wistar und athymischen Nacktratten, war die intraartikuläre (i.a.) Transgenexpression in den Wistar Ratten zunächst hoch, fiel jedoch nach ungefähr 3 Wochen ab. Im Gegensatz dazu war die foamyviral vermittelte IL1RA-Expression in den immundefizienten Ratten für 12 Wochen auf sehr hohen Leveln stabil. Ein Maximum wurde an Tag 10 nach i.a. Transplantation mit ca. 450 ng pro Gelenk erreicht. Untersuchungen zur Biodistribution zeigten keine extraartikuläre Transgenexpression in allen untersuchten Organen (Gehirn, Herz, Lunge, Leber, Niere, Milz, Gonaden und Serum). Diese Resultate, zusammen mit dem Ausbleiben von sekundären Erkrankungen, wie bspw. Tumoren, in allen behandelten Tieren, sprechen für die Sicherheit des Ansatzes. Die Arbeit zeigt, dass FVV verwendet werden können, um primäre Synovialfibroblasten und MSZ effizient mit Markergenen und dem anti-entzündlichen IL1RA Transgen zu transduzieren. Die dabei erzielten Transgenlevel sind in der Lage, die Effekte von hochdosiertem IL1 zu blockieren. Die Ergebnisse sprechen dafür, dass FVV sehr effiziente Werkzeuge für den ex vivo Gentransfer sind und unterstreichen ihr großes Potential für die Bereitstellung anti-entzündlicher Transgene in primären Zellen und Geweben. Zukünftig soll diese Technologie in Tiermodellen der Arthritis angewendet werden. Das Fernziel der Arbeiten besteht in der Etablierung und Evaluierung eines Gentransfersystems, welches die in vivo Applikation am Menschen erlaubt.
B-Zellen spielen eine wichtige Rolle in der Pathogenese der Rheumatoiden Arthritis. Seit dem Jahr 2006 ist der Anti-CD20-Antikörper Rituximab, welcher eine passagere B-Zell-Depletion induziert, zur Therapie der Rheumatoiden Arthritis zugelassen. In dieser Arbeit wurde das variable Kappa- und Lambda-Leichtkettenrepertoire der CD19+CD27+ B-Gedächtniszellen bei einer Patientin mit aktiver Rheumatoider Arthritis vor und nach B-Zell-Depletion durch Rituximab verglichen. Hierzu wurden nach der Einzelzellsortierung von mononuklären Zellen des peripheren Blutes die Rearrangements des Kappa- und Lambda-Leichtkettenrepertoires amplifiziert, sequenziert und analysiert. Die gefundenen Daten sprechen für die Neubildung eines diversen, polyklonalen und hochmutierten Kappa- und Lambda-Leichtkettenrepertoires. Somit ist davon auszugehen, dass nach der CD20+ B-Zell-Depletion ein funktionsfähiges Repertoire entsteht, welches keine Restriktion für die Infektabwehr aufweist.
The current treatment strategies for diseases are assessed on the basis of diagnosed phenotypic changes due to an accumulation of asymptomatic events in physiological processes. Since a diagnosis can only be established at advanced stages of the disease, mainly due to insufficient early detection possibilities of physiological disorders, doctors are forced to treat diseases rather than prevent them. Therefore, it is desirable to link future therapeutic interventions to the early detection of physiological changes. So-called sensor-effector systems are designed to recognise disease-specific biomarkers and coordinate the production and delivery of therapeutic factors in an autonomous and automated manner. Such approaches and their development are being researched and promoted by the discipline of synthetic biology, among others.
Against this background, this paper focuses on the in vitro design of cytokine-neutralizing sensor-effector cells designed for the potential treatment of recurrent autoimmune diseases, especially rheumatoid arthritis.
The precise control of inducible gene expression was successfully generated in human cells. At first, a NF-κB-dependent promoter was developed, based on HIV-1 derived DNA-binding motives. The activation of this triggerable promoter was investigated using several inducers including the physiologically important NF-κB inducers tumor necrosis factor alpha (TNFα) and interleukin 1 beta (IL-1β). The activation strength of the NF-κB-triggered promoter was doubled by integrating a non-coding RNA. The latter combined expressed RNA structures, which mimic DNA by double stranded RNAs and have been demonstrated to bind to p50 or p65 by previous publications. The sensitivity was investigated for TNFα and IL-1β. The detection limit and the EC50 values were in in the lower picomolar range. Besides the sensitivity, the reversibility and dynamic of the inducible system were characterized. Hereby a close correlation between pulse times and expression profile was shown.
The optimized NF-κB-dependent promoter was then coupled to established TNFα- and IL-1-blocking biologicals to develop sensor-effector systems with anti-inflammatory activity, and thus potential use against autoimmune diseases such as rheumatoid arthritis. The biologicals were differentiated between ligand-blocking and receptor-blocking biologicals and different variants were selected: Adalimumab, etanercept and anakinra. The non-coding RNA improved again the activation strength of NF-κB-dependent expressed biologicals, indicating its universal benefit. Furthermore, it was shown that the TNFα-induced expression of NF-κB-regulated TNFα-blocking biologics led to an extracellular negative feedback loop. Interestingly, the integration of the non-coding RNA and this negative feedback loop has increased the dynamics and reversibility of the NF-κB-regulated gene expression. The controllability of drug release can also be extended by the use of inhibitors of classical NF-κB signalling such as TPCA-1. The efficacy of the expressed biologicals was detected through neutralization of the cytokines using different experiments. For future in vivo trials, first alginate encapsulations of the cells were performed. Furthermore, the activation of NF-κB-dependent promoter was demonstrated using co-cultures with human plasma samples or using synovial liquids.
With this generated sensor-effector system we have developed self-adjusting cytokine neutralizer cells as a closed-loop delivery system for anit-inflammatory biologics.
B-cells of the rheumatoid synovial tissue are a constant part of and, in some histopathological subtypes, the dominant population of the inflammatory infiltrate, located in the region of tissue destruction. The pattern of B-cell distribution and the relationship to the corresponding antigen-presenting cells (follicular dendritic reticulum cells: FDCs) show a great variety. B-cells may exhibit (i) a follicular organization forming secondary follicles; (ii) follicle-like patterns with irregularly formed FDC networks, and (iii) a diffuse pattern of isolated FDCs. Molecular analysis of immunoglobulin VH and VL genes from human synovial B-cell hybridomas and synovial tissue demonstrates somatic mutations due to antigen activation. The FDC formations in the synovial tissue may therefore serve as an environment for B-cell maturation, which is involved in the generation of autoantibodies. An autoantibody is defined as "pathogenic" if it fulfills the Witebsky-Rose-Koch criteria for classical autoimmune diseases: definition of the autoantibody; induction of the disease by transfer of the autoantibody; and isolation of the autoantibody from the disease-specific lesion. B-cells from rheumatoid synovial tissue show specificity for FcIgG, type II collagen, COMP, sDNA, tetanus toxoid, mitochondrial antigens (M2), filaggrin and bacterial HSPs. The contributions of these antigens to the pathogenesis of RA are still hypothetical. A possible contribution could derive from crossreactivity and epitope mimicry: due to crossreaction, an antibody directed originally against a foreign infectious agent could react with epitopes from articular tissues, perpetuating the local inflammatory process. The characteristic distribution pattern, the localisation within the area of tissue destruction, the hypermutated IgVH and IgVL genes, and their exclusive function to recognize conformation-dependent antigens suggest a central role for B-cells in the inflammatory process of rheumatoid arthritis. Therefore, the analysis of synovial B-cell hybridomas and experimental expression of synovial IgVH and IgVL genes will help to characterise the antigens responsible for the pathogenesis of rheumatoid arthritis. In the present study 55 IgVH genes amplified from 3 different anatomical regions of a RA patient were analysed adding further information on synovial B-cell maturation and recirculation in RA. This analysis demonstrated somatically mutated IgVh genes in all different regions with amino acid deletions and mixed IgVh molecules, suggesting the existence of a novel pathway to generate (auto)antibody specificities. The comparison of amino acid sequences of amplified genes belonging to the VH1 family (with predominantly the same germline counterpart) exhibited a strong homology, indicating an apparently conserved mutational pattern. This suggests that the number of antigens activating B-cells in the different locations is restricted. The most striking result was the finding of clonally related sequences in different anatomical regions indicating a recirculation of activated B-cells between the different affected joints. Also in the present study a synovial B-cell hybridoma was analyzed for its specific recognition of cartilage antigens. A heptameric peptide of cartilage oligomeric protein (COMP) could be defined as the target structure. The IgVH-gene (IgHV4-59*01) of the IgG2l hybridoma has somatically mutated genes with high R/S values in the CDR regions (9:2). Thus, indicating that this hybridoma originates from a synovial B-cell which has been antigen activated/selected for its affinity. To analyse the presence of the clonotypic IgHV4-59*01 sequences in other cases of RA and osteoarthritis (OA) synovitis, primers specific for the CDR3 rearrangement of this hybridoma were used. The clonotypic and clone related sequences (98 per cent ± 1 per cent homology) could only be detected in synovitis of RA cases but not in OA cases indicating that this B-cell is specific to RA synovitis. The identified heptameric peptide of COMP was used in a peptide ELISA to analyse whether there is a specific binding in RA serum samples. Serum samples (IgG) from RA patients (n=22) showed a significant higher efficiency to the COMP heptamer than the OA sera (n=24) and the age matched healthy controls (n=20) (for both p<1x10-4, Students t-test). The specificity of this B-cell hybridoma may therefore be defined as RA specific. Since COMP is restricted to cartilage and tendons which are organs specifically affected in RA this COMP specific autoantibody represents the first organ specific autoantibody in RA. The IgG2 COMP specific autoantibody with somatically mutated IgVH genes is different from germline encoded, antigen clearing IgM autoantibodies and may therefore be directly involved as an "arthritogenic autoantibody" in cartilage and tendons destruction by complement activation.
Einleitung: Der SMFA-D (Funktionsfragebogen Bewegungsapparat) ist ein neuer Patientenfragebogen zur Erfassung des Funktionszustands des Bewegungsapparates. Er ist die übersetzte und kulturadaptierte Version des in den USA entwickelten SMFA. Der für den deutschen Sprachraum adaptierte Fragebogen wurde bislang erfolgreich an operativ behandelten Gruppen von Patienten mit Erkrankungen des Bewegungsapparates (Coxarthrose, Gonarthrose, Rotatorenmanschettendefekt und Rheumatoide Arthritis) sowie an konservativ behandelten Patienten mit Coxarthrose evaluiert. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Überprüfung der Eignung des SMFA-D bei der Rehabilitation von Patienten mit Rheumatoider Arthritis, die ausschließlich konservative Therapie erhielten. Es werden die Testgütekriterien (Reliabilität, Validität und Änderungssensitivität) überprüft und Vergleiche zu anderen Fragebögen vorgenommen. Patienten und Methode: In einer prospektiven Studie an 56 Patienten mit konservativ behandelter Rheumatoider Arthritis wurden der SMFA-D, SF-36, Health Assessment Questionnaire (HAQ) und Funktionsfragebogen Hannover Polyarthritis (FFbH-P) zu drei Messzeitpunkten erhoben. Des Weiteren wurden von den Patienten die Schmerzen, der allgemeine Gesundheitszustand sowie der Funktionszustand ihres Bewegungsapparates eingeschätzt und es wurde eine Einschätzung des Arztes bezüglich des Funktionszustands und der Erkrankungsschwere erhoben. Ergebnisse: Die Reliabilitätskennwerte sind gut bis sehr gut (Cronbachs alpha: 0,93 bis 0,98; ICC: 0,87 bis 0,93.) Die Indizes des SMFA-D korrelieren zu den drei Messzeitpunkten jeweils signifikant mit FFbH-P (r = -0.72 bis -0.86), HAQ (r = 0.75 bis 0.85) und den Skalen des SF-36 (r = -0.27 bis -0.84) als Ausdruck der Konstruktvalidität. Auch zu den Einschätzungen des Arztes und der Patienten zeigen sich bedeutsame Korrelationen als Hinweis auf Kriteriumsvalidität. Die Effektstärken zur Erfassung der Änderungssensitivität sind beim SMFA-D ähnlich wie bei den anderen verwandten Fragebögen, sie können also als gut bewertet werden. Zusammenfassung: Der SMFA-D stellt auch bei konservativ behandelten Patienten mit Rheumatoider Arthritis ein praktikables, reliables, valides und änderungssensitives Instrument dar.
Ziel: Der Therapieerfolg der Radiosynoviorthese sollte bei rheumatoider Arthritis und anderen entzündlichen Gelenkerkrankungen anhand subjektiver, objektiver, so wie laborchemischer und bildgebender Parameter prospektiv beurteilt werden. Methode: Es wurden insgesamt 174 Gelenke bei 97 Patienten behandelt, wobei 55% der Patienten an einer rheumatoiden Arthritis und 23% an einer aktivierten Arthrose litten.Die Veränderungen 6 Monate nach einer Radiosynoviorthese wurden sowohl an subjektiven, wie auch an objektiven Parametern (Schmerz, Schwellung, Gelenk-beweglichkeit) evaluiert. Zusätzlich wurden laborchemische Parameter (CRP, BSG), bildgebende Verfahren (Skelett-szintigraphie, MRT) und Einnahme von Medikamenten beurteilt. Eine weitere Befragung zum Wiederauftreten von Beschwerden (Rezidiv) erfolgte in Zeit-räumen zwischen einem und drei Jahren nach der Radiosynoviorthese. Ergebnisse: Gute Erfolge in 60 bis 80% der Fälle zeigten sich bei der klinischen Symptomatik, sowohl auf subjektiver, als auch auf objektiver Ebene, wobei sich in der Korrelationsanalyse niedrige Werte zwischen den subjektiven und objektiven Parametern ergeben hatten. Bei 55% der Gelenke hatte sich die Schmerzintensität verringert, 23% waren gänzlich schmerzfrei. Die objektiv gemessene Änderung der Gelenkbeweglichkeit hatte bei 73% eine Besserung ergeben, 12% waren uneingeschränkt beweglich, bei 68% war die Schwellung zurückgegangen. Die Radionuklidaufnahme in der Weichteilphase der Sklettszintigraphie verminderte sich bei 58% der Gelenke, die Kernspin-tomographie ergab bei 44% der Kniegelenke einen Entzündungsrückgang. Rezidive traten nach einem bis drei Jahren nur bei 15% der Patienten auf.Die labor-chemischen Parameter sowie die Medikamenteneinnahme wurden durch die Radiosynoviorthese nicht beeinflusst. Schlussfolgerung: Die Radiosynoviorthese liefert auf subjektiver und objektiver Ebene gute Ergebnisse im Sinne einer Besserung. Sie ist dabei eine schonende Therapieform, die ohne Risiken einer Operation gleichzeitig an mehreren Gelenke vorgenommen und gegebenfalls wiederholt werden kann. Sie bietet damit somit eine gute Therapie-möglichkeit im Rahmen der interdisziplinären Behandlungsformen dar.
Im Rahmen dieser retrospektiven Studie wurden 23 Patienten mit Erkrankungen aus dem rheumatischen Formenkreis, überwiegend rheumatoide Arthritis und 22 Kontrollpersonen mit degenerativ bedingter Omarthrose, welchen zwischen 1993 und 2005 eine Schulterendoprothese unterschiedlichen Typs implantiert worden war, durchschnittlich 28 Monate postoperativ klinisch und radiologisch nachuntersucht. Das Alter zum Zeitpunkt der Operation betrug im Mittel 65 Jahre. Die Ergebnisse wurden anhand des Constant Score erhoben. Durch die Operation verbesserten die 23 Patienten mit Erkrankungen aus dem rheumatischen Formenkreis ihren Constant Score von durchschnittlich 21,7% auf 79,9%. Die Kontrollgruppe wies sowohl präoperativ (28,7%) als auch postoperativ (96,3%) eine signifikant bessere Schulterfunktion auf. Innerhalb beider Kollektive waren ca. 95% der Patienten mit dem Operationsergebnis sehr zufrieden bzw. zufrieden.