Neue Strategien zur Modulation adaptiver Immunantworten gegenüber primären epithelialen und endothelialen Zellen

Abstract

Transplantationen primärer körperfremder (allogener) Zellen und Gewebe stehen im Focus des sich rasch entwickelnden Gebietes der Regenerativen Medizin. Auch wenn in einem gewissen Umfang auf die Nutzung körpereigener (autologer) Zell- Ressourcen durch eine Gewinnung und anschließende ex vivo-Vermehrung zurückgegriffen werden kann, ergibt sich zunehmend die Notwendigkeit, über die Applikation allogener Zellen nachzudenken. Damit verbunden ist jedoch das Problem einer Induktion von Prozessen der adaptiven Immunantwort mit einem Spektrum von zellulären und humoralen Komponenten. Auch Zytokine, als Modulatoren und Amplifikatoren dieser Prozesse, spielen dabei eine ganz entscheidende Rolle. Im Rahmen dieser Arbeit werden am Beispiel von Epithel- und Endothelzellen experimentelle Ansätze vorgestellt, die adaptive Immunantwort gegenüber allogenen primären Zellen zu modulieren. Durch die intrazelluläre Expression von Fragmenten eines anti-MHC Klasse I-Antikörpers (Intrabody) unter Anwendung verschiedener Gentransferverfahren kann die Oberflächenexpression dieser wichtigen allogenen Erkennungsstruktur modifiziert werden. Phänotypische Charakterisierungen sowie zelluläre und humorale Testsysteme an Keratinozyten und Endothelzellen der Ratte und des Menschen belegen eindrucksvoll die immunmodulierende Kapazität dieses Intrabody-Prinzips. Ursprünglich allogene primäre Zellen sind somit signifikant weniger empfindlich gegenüber einer Attacke zytotoxischer T-Zellen und ihrer Zytokine als auch gegenüber Allo-Antikörper/Komplement-vermittelten lytischen Prozessen. In einem ersten in vivo-Carotis-Transplantationsmodell der Ratte kann das protektive Prinzip der Intrabody-vermittelten Strategie durch eine Reduktion typischer Rejektionsmerkmale, wie der zellulären Infiltration und einer Intimahyperplasie, nachgewiesen werden. Limitationen des Systems zeigen sich jedoch in Form eines teilweise revertierten MHC Klasse I-Expressionsniveaus unter pro-inflammatorischen Bedingungen. Das immunmodulierende Prinzip mittels anti-MHC Klasse I-spezifischer Antikörperfragmente eröffnet für die künftige therapeutische Anwendung allogener Zellen ein tragfähiges Konzept insbesondere im Bereich des Tissue Engineering von Gewebeersatzstrukturen.

The transplantation of non-self (allogeneic) cells and tissues is one of the major challenges within the fast developing field of regenerative medicine. Although in general autologous material could be isolated and expanded by ex vivo culture for further applications, problems of availability due to the age or diseases of patients, of high costs or time delay have to taken into account. Therefore, allogeneic cells and tissues would be a potent alternative, but might induce immune recognition and development of adaptive immune responses within recipients. Moreover cytokines could play an important role as modulators or amplifiers of immune responses against foreign structures. This work is demonstrating new experimental strategies to modulate the adaptive immune responses to allogeneic cells, especially epithelial and endothelial primary cells, by induction of MHC class I deficiency. The intracellular expression of an anti-MHC class I antibody, so called intrabody, by different gene transfer methods was able to decrease MHC class I cell surface expression significantly. This could be demonstrated by phenotypic characterization of keratinocytes and endothelial cells after intrabody over- expression. Moreover, the immune modulatory capacity of this intrabody strategy was shown in functional in vitro test systems measuring cellular and humoral immune responses. Allogeneic intrabody expressing primary cells were protected against the attack by allo-specific cytotoxic T cells and their cytokines as well as against allo-antibody/complement mediated cell lysis. In a rat carotis transplantation model intrabody application in vivo resulted in reduced signs of acute rejection, such as immune cell infiltration or intima thickening. Limitations of intrabody efficacy consist in a reverted MHC class I expression level under pro-inflammatory conditions. The immune modulatory principal using intracellularly expressed anti-MHC class I specific antibody fragments opens up new options for future therapeutic applications of allogeneic cells in the field of tissue engineering and regenerative medicine.