Charakterisierung antigenspezifischer T-Zellen in der Transplantation am Beispiel CMV-reaktiver T-Zellen: Etablierung von Testsystemen für die adoptive T-Zelltherapie

Abstract

Infektionen mit dem humanen Zytomegalievirus (CMV) können insbesondere bei Patienten nach einer Transplantation schwere Komplikationen verursachen. Es ist entscheidend vorab das dadurch vermittelte Abstoßungsrisiko abschätzen zu können und Therapien anzupassen. Eine neue Behandlungsmöglichkeit stellt die virus-spezifische adoptive T-Zelltherapie dar. Die in vitro Generierung und Applikation virus-spezifischer T-Zelllinien bei Patienten nach Transplantation solider Organe ist jedoch durch die permanente Immunsuppression und die limitierte Verfügbarkeit und Fitness der spezifischen Zellen diffizil. Unsere Arbeitsgruppe entwickelte ein Protokoll mit dem virus-spezifische T Zellen erfolgreich auch von immunsupprimierten Patienten in vitro generiert und appliziert werden können. In der vorliegenden Arbeit werden anhand des Falles eines transplantierten Patienten mit Virostatika-resistenter CMV-Pneumonie die kritischen Parameter der adoptiven T-Zell Therapie aufgezeigt. Hierbei werden im Folgenden die drei vorangestellten Publikationen zusammengefasst. Die Infusion der CMV-spezifischen T-Zellen führte zur drastischen Reduktion der Viruslast und aller klinischen Symptome. Leider war dieser Effekt nur transient. Zur Untersuchung des Rezidivs, wurde der Einfluss CMV-spezifischer regulatorischer T Zellen (Tregs) und die Langlebigkeit der transferierten Effektor T-Zellen (Teff) und deren Eigenschaften dargestellt. Es konnte gezeigt werden, dass CMV-induzierte Tregs (iTregs) im Zusammenhang mit einer rezidivierenden CMV-Infektion stehen. Zudem zeigen die CMV-spezifischen iTregs und Teff identische Klonalität mit jedoch unterschiedlicher Funktionalität. Weiterhin ist die Langlebigkeit der adoptiv-transferierten Zellen eine große Herausforderung für den Langzeiterfolg der Therapie. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass durch eine partielle Inhibierung des Interleukin-2 (IL-2 )-Rezeptor-Signalweges humane CD4+ und CD8+ zentrale Gedächtnis T-Zellen (TCM) mit verbesserter Funktionalität in vitro generiert werden können. Hierfür essentiell ist die Zytokin induzierte Signalübertragung via der IL-2beta Kette, IL-7alpha Kette und der gemeinsamen Gamma Kette. Die expandierten CD8+ T-Zellen besaßen unter dem Einfluss der inhibitorischen Moleküle ausschließlich in Gegenwart von CD4+ T-Zellen den Gedächtnis-T-Zell-Phänotyp. Diese neue Methode zur Anreicherung humaner virus-spezifische TCM in vitro erreicht klinisch relevante Zellzahlen und ist unter GMP (Gute-Herstellungs- Praxis)-konformen Konditionen durchführbar. Die Erkenntnisse des Einflusses regulatorischer T-Zellen und die Generierung langlebiger Gedächtnis T-Zellen für die adoptive T-Zelltherapie bieten wichtige Implikationen zur Verbesserung des Adoptionsverhaltens von Teff und ermöglichen eine distinkte Abschätzung des Transplantatabstoßungsrisikos.

HCMV causes frequent and severe complications in solid organ transplant (SOT) recipients. Primary/secondary T-cell deficiency is associated with poor control of viruses, virus-associated tumors, and other intracellular pathogens. Adoptive T-cell therapy is a novel therapeutic approach to restore immune competence. We developed a protocol to generate virus-specific T-cell lines with effector function even from diseased and chronically immunosuppressed patients. These cells could be shown to be safe for adoptive transfer, also for the allograft, and induce fast and effective control of viruses in almost all SOT patients. In this work, our recent data on an adoptively transferred SOT patient with antiviral drug-resistant HCMV-disease is aiming to illustrate the critical parameters of adoptive immunotherapies. The adoptively transferred T cells rapidly cleared the viral infection and the patient recovered within few days from the need of ventilation that was necessary for months before. After full recovery, the patient could be released from the clinic 3 weeks later. Seven weeks later, however, the patient relapsed. To analyze the relapse, the influence of the CMV-specific regulatory T cells (Tregs) and the longevity of the transferred T cells were analyzed. It was herein shown that CMV-induced regulatory T cells (iTreg) are related to recurring/lasting CMV infection. The in vitro expanded iTreg show identical dominant clonality with functionally distinct effector T cells (Teff). Furthermore, according to these and other experimental data, the relapse might be due to the late differentiation phenotype of the infused T cells and therefore their insufficient longevity in vivo. Here, we demonstrate a novel method that enriches human virus-specific memory T cells in the T-cell product, expanded to clinically useful numbers under GMP-conform conditions by modifying the Interleukin 2-receptor (IL-2R) signaling. Modified signaling via IL-2b chain, IL-7a chain and common g chain is essential. Remarkably, the effects on CD8+ T cells are mainly mediated via the enhancement of CD4+ T cell function. This study reveals a potent strategy to generate antigen-specific T cells with a high functional capacity and may be a robust long-term persistence and functionality in vivo.