Allograft acceptance in solid organ transplantation might not be determined by mechanisms unique to the tolerant state but rather by the balance between the effector and regulatory immune response. In consequence, this quantitative view of tolerance implies the existence of marginal states, wherein regulatory responses are just insufficient to prevent rejection, or in which regulatory responses ...
Zusammenfassung (Englisch)
Allograft acceptance in solid organ transplantation might not be determined by mechanisms unique to the tolerant state but rather by the balance between the effector and regulatory immune response. In consequence, this quantitative view of tolerance implies the existence of marginal states, wherein regulatory responses are just insufficient to prevent rejection, or in which regulatory responses are just sufficient to prevent rejection but are readily disturbed. The presence of low-dose immunosuppression might be supportive in both scenarios and thus, allograft acceptance is promoted. This work aims to formally show that marginal states of allograft acceptance under low-dose immunosuppression exist and are dependent on regulation. Thus, a low-dose Tacrolimus monotherapy was combined with a weak regulation-inducing protocol in the fully mismatched BALB/c-to-C57BL/6 skin transplantation model.
Orally administered Tacrolimus in doses of 150 mg per kg food was therapeutic and prevented allograft rejection when administered before or at the time of transplantation. Tacrolimus at 75 mg/kg proved subtherapeutic when administered in monotherapy. The combination of costimulatory blockade with anti-CD154 antibody and a donor-specific transfusion (DST) led to moderate prolongation of allograft survival. The combination of anti-CD154 + DST and Tacrolimus at 75 mg/kg was not more effective than anti-CD154 + DST treatment alone, when Tacrolimus therapy was started 7 days prior to transplantation. However, when Tacrolimus was introduced seven days post transplantation, a remarkable synergism between the induction therapy and the low-dose immunosuppression could be observed and allograft survival was significantly enhanced. This finding was supported by in vitro T reg suppression assays, where effector T cell division is additionally suppressed in the presence of low doses of Tacrolimus.
In line with our hypothesis, it was further demonstrated that in the model of low-dose Tacrolimus in combination with weak-regulation induction, allograft acceptance can be broken. This was done by 1) withdrawal of immunosuppression, 2) enhancing the effector response and 3) disrupting the regulatory response. Thus, it was proven that stable immunosuppression in marginal states of allograft acceptance depends upon the balance of regulatory and effector responses.
The findings of this work have far-reaching implications for patient management, interpretation of immunomonitoring studies and clinical tolerance-induction studies.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Die Akzeptanz eines Transplantats wird möglicherweise nicht durch einzigartige Toleranzmechanismen bestimmt, sondern vielmehr durch die Bilanz aus der Effektorantwort und der regulatorischen Immunantwort. Diese quantitative Ansicht der Toleranz umfasst auch die Existenz von Grenzfällen, wobei die regulatorische Immunantwort gerade nicht ausreicht, um die Transplantasabstoßung zu verhindern; oder ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Die Akzeptanz eines Transplantats wird möglicherweise nicht durch einzigartige Toleranzmechanismen bestimmt, sondern vielmehr durch die Bilanz aus der Effektorantwort und der regulatorischen Immunantwort. Diese quantitative Ansicht der Toleranz umfasst auch die Existenz von Grenzfällen, wobei die regulatorische Immunantwort gerade nicht ausreicht, um die Transplantasabstoßung zu verhindern; oder wobei die regulatorische Immunantwort zwar gerade eben ausreicht, die Abstoßung zu verhindern, aber ohne weiteres gestört werden kann. Die Gegenwart von niedrig dosierter Immunsuppression kann in beiden Szenarien unterstützend wirken und dadurch möglicherweise die Akzeptanz des Transplantats vorantreiben. Mit dieser Arbeit soll formell gezeigt werden, dass diese Grenzfälle der Transplantatsakzeptanz unter Therapie mit niedrig dosierten Immunsuppressiva existieren und dass sie auf Regulation angewiesen sind. Dazu wurde eine niedrigdosierte Tacrolimus-Monotherapie mit einen schwach-regulationsinduzierendem Protokoll kombiniert und dies im BALB/c-auf-C57BL/6-Hauttransplantationsmodel mit vollständiger Gewebemerksmals-Inkompatibilität angewandt.
Oral verabreichtes Tacrolimus in Dosen zu 150 mg pro kg Futter hatte therapeutische Wirkung und verhinderte die Transplantatsabstoßung, wenn die Therapie vor, oder zum Zeitpunkt der Transplantation gestartet wurde. Als Monotherapeutikum hatte Tacrolimus in Dosen zu 75 mg pro kg Futter keine therapeutische Wirkung. Die Kombination aus Kostimulationsblockade mit dem anti-CD154 Antikörper und einer donorspezifischen Transfusion (DST) führte zu einer moderaten Verlängerung des Transplantatüberlebens. Die Kombination aus der Behandlung anti-CD154 + DST mit 75 mg/kg Tacrolimus zeigte sich nicht effektiver als die Behandlung mit anti-CD154 + DST alleine, wenn die Tacrolimustherapie sieben Tage vor der Transplantation gestartet wurde. Wenn hingegen die Tacrolimustherapie erst sieben Tage nach der Transplantation gestartet wurde, konnte ein bemerkenswerter Synergismus zwischen der regulationsinduzierenden Behandlung und der niedrig dosierten Immunsuppressionstherapie beobachtet werden, wobei das Transplantatüberleben signifikant verbessert wurde. Diese Erkenntnis wurde durch in vitro T reg Suppressionsassays bestätigt, wo eine zusätzliche Suppression der Effektor-T-Zellantwort in Anwesenheit von niedrig dosiertem Tacrolimus beobachtet wurde.
In Übereinstimmung mit unserer Hypothese konnten des Weiteren gezeigt werden, dass die Transplantatsakzeptanz im Modell der Kombination von niedrig dosiertem Tacrolimus mit einer schwachen Regulationsinduktion zerstört werden kann. Dies geschah durch: 1) Entzug der immunusppressiven Therapie, 2) Verstärkung der Effektorantwort oder 3) Abbruch der regulatorischen Immunantwort. Damit konnte gezeigt werden, dass die stabile Immunsuppression in oben beschriebenen Grenzfällen der Transplantatsakzeptanz von der Bilanz aus der Effektorantwort und der regulatorischen Immunantwort abhängt.
Die Erkenntnisse, die im Rahmen dieser Arbeit gewonnen wurden, haben weitreichende Auswirkungen auf das Patientenmanagement, die Interpretation von Studien zur Definierung von Biomarkern und klinischen Studien zur Induktion von Toleranz gegenüber dem Transplantat.