Costimulation Blockade in Experimental Transplantation

Abstract

Transplantation is the only cure for end-stage organ failure.



With the transplantation follows the need for continuous treatment with immunosuppressive agents for as long as the graft functions, which entails major side effects. Less toxic treatments are therefore in great demand. Preferably, the treatment should also be limited in time.



The ultimate solution would be induction of tolerance to the graft. To achieve this, interference with T cell activation signals, especially blockade of costimulation molecules, has been exploited. In this thesis, blockade of costimulatory molecules in different combinations has been tested for its capacity to prolong survival of grafts of different origins in a rodent model. The mechanisms of action have also been investigated.



Blockade of the CD28-B7 and ICAM-LFA-1 pathways acted synergistically in inhibiting T cell proliferation and prolonging survival of transplanted heart and skin grafts. Prolonged blockade of ICAM-LFA-1 ligation was of benefit, while on the other hand, prolonged blockade of CD28-B7 resulted in accelerated rejection of secondary skin transplants. The treatment did not induce linked suppression or dominant tolerance, in that secondary transplants of either the same tissue origin or other tissue origin were eventually rejected in the majority of cases. Moreover, a secondary transplant evoked an inflammatory reaction leading to rejection changes in the first transplant, as judged by histological examination.



Combined blockade of CD40-CD40L and CD28-B7 pathways allowed survival of islet grafts for more than 100 days and on histological examination of these grafts no cellular reaction against the graft could be detected. The addition of anti-LFA-1 did not confer any benefit.



Costimulation blockade was not dependent on the presence of CD4+CD25+ T cells or T cell derived IL-10 in order to mediate graft acceptance. CD4+CD25+ T cells could develop from CD4+CD25- T cells in the periphery in animals treated with costimulation blockade.



Hence, a combination of two or three agents blocking different costimulatory pathways is more effective in prolonging survival of transplanted grafts than the use of either agent alone.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Sedan 1960-talet har det varit möjligt att transplantera organ från en människa till en annan. Transplantation är den enda behandlingsmetoden när hjärta, lungor eller lever är obotligt skadade. För njursjuka finns dialys som ett alternativ, även om transplantation oftast är ett bättre alternativ.



Ett stort problem är att kroppens immunförsvar inte accepterar det nya organet, utan försöker stöta bort det. För att förhindra detta, måste den som blir transplanterad ta mediciner som hämmar immunförsvaret så länge det transplanterade organet finns kvar.



Dessa mediciner hämmar inte bara avstötning av det transplanterade organet, utan också det naturliga skyddet mot infektioner och i viss mån cancerutveckling. Dessutom kan medicinerna ge upphov till biverkningar såsom högt blodtryck, förhöjda blodfettsnivåer samt diabetes. Vissa av medicinerna kan skada njurarna, även en transplanterad njure, på lång sikt.



Därför finns det ett stort behov av nya, effektiva mediciner med mindre biverkningar. Ett önskemål är att försöka påverka immunsystemet så att det accepterar ett transplanterat organ som om det vore kroppseget. Detta fenomen benämns tolerans.



Aktiveringen av T celler (lymfocytceller från thymus) är central i de mekanismer som ligger bakom igenkänning och avstötning av ett transplanterat organ. För att T cellen skall aktiveras behöver den få två olika signaler, signal 1, som talar om att den stött på främmande material, och signal 2 som signalerar fara. Den senare kallas också costimulatorisk signal. Om T cellen inte får denna andra signal, aktiveras den inte och man skulle på detta sätt kunna skapa tolerans för det transplanterade organet.



I denna avhandling har tre olika substanser (CTLA4Ig, anti-LFA-1 och anti-CD40L) som alla blockerar olika costimulatoriska signalvägar, prövats dels i laboratorieförsök, dels i djurförsök, för att utröna deras effekt på aktivering av T celler och på överlevnad av transplanterad vävnad.



Det visade sig att en kombination av två av dessa substanser, eller alla tre, var mer effektiv i att förlänga överlevnaden av transplanterad hud, hjärta eller insulinproducerande öceller, jämfört med tillförsel av endast en substans. I experimenten med transplantation av hjärta och insulinproducerande öceller, skedde ingen avstötningsreaktion alls under hela uppföljningstiden på 100 dagar.



Liknande resultat erhölls vid laboratorietest av förökningen av T celler, vilket är ett mått på aktiveringsgraden. Kombinationen CTLA4Ig och anti-LFA-1 förhindrade helt T cellerna att föröka sig, medan endera substansen ensam gav en måttlig minskning.



Genom att transplantera vävnad en andra gång till redan transplanterade djur, från en givare som var genetiskt identisk med den första givaren, kunde vi pröva om dominant tolerans eller ?linked suppression? hade uppnåtts. Detta innebär att mottagarens immunförsvar inte reagerar mot ett nytt stimulus från givaren respektive att mottagaren accepterar även annan typ av vävnad från samma givare.



Så var icke fallet, mottagarna avstötte det nya organet och uppvisade skador på det först transplanterade organet som tecken på att immunförsvaret hade angripit även detta.



I det fjärde delarbetet undersöktes huruvida acceptans av det transplanterade organet är beroende av närvaro av en speciell typ av celler, CD4+CD25+ T celler, som också brukar kallas regulatoriska celler, samt en löslig substans, IL-10. Resultaten visar att varken IL-10 eller CD4+CD25+ celler behöver vara närvarande för att ett transplanterat hjärta skall accepteras, då mottagaren behandlas med CTLA4Ig, anti-LFA-1 samt anti-CD40L. Det visade sig också, att CD25+ celler kan utvecklas från CD25- celler i samband med denna behandling och transplantation.

• author: Malm, Helene
• supervisor: Henrik Ekberg
• opponent: Associate Professor Tibell, Annika, Department of Transplantation, Karolinska Institute, Karolinska University Hospital Huddinge, Huddin
• organization: Department of Clinical Sciences, Malmö
• publishing date: 2005
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Clinical Medicine
• keywords: transplantation, Surgery, orthopaedics, traumatology, Kirurgi, ortopedi, traumatologi, serologi, Immunologi, serology, Immunology, Medicin (människa och djur), Medicine (human and vertebrates), graft survival, anti-CD40L, CTLA4Ig, anti-LFA-1, costimulation blockade
• pages: 124 pages
• defense location: Lecture Hall, Department of Surgery, Entrance 42, Malmö University Hospital, Malmö
• defense date: 2005-03-18 09:15:00
• ISBN: 91-85439-03-7
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Helene Malm, Clara Påhlman, Béla Veress, Matthias Corbascio and Henrik Ekberg. . Combined costimulation blockade prevents rejection of allogeneic islets in mice. (submitted); Helene Malm, Cecilia Oderup, Henrik Ekberg, Zhongquan Qi, Béla Veress, Fredrik Ivars and Matthias Corbascio. . Costimulation blockade induced indefinite graft survival that was not dependent on natural CD4+CD25+ regulatory T cells or T cell-derived IL-10. (submitted); Matthias Corbascio, Helene Ekstrand, Cecilia Österholm, Zhongquan Qi, Mecislovas Simanaitis, Christian P Larsen, Thomas C Pearson, Kristian Riesbeck and Henrik Ekberg. 2002. CTLA4Ig combined with anti-LFA-1 prolongs cardiac allograft survival indefinitely. Transpl Immunol., vol Jun; 10(1) pp 55-61.; Helene Malm, Matthias Corbascio, Cecilia Österholm, Shannon Cowan, Christian P Larsen, Thomas C Pearson and Henrik Ekberg. 2002. CTLA4Ig induces long-term graft survival of allogeneic skin grafts and totally inhibits T-cell proliferation in LFA-1-deficient mice. Transplantation., vol Jan 27; 73(2) pp 293-7. The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Emergency medicine/Medicine/Surgery (013240200)
• id: f184fb16-10cd-43a7-9a6a-6054d708f8b4 (old id 544408)
• date added to LUP: 2016-04-04 12:16:13
• date last changed: 2018-11-21 21:09:59