Transcript tolleranza immunologica nella pratica clinica dei trapianti d`organo

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MILANO
Facoltà di Medicina e Chirurgia
Scuola di Specializzazione in Biochimica Clinica
TOLLERANZA IMMUNOLOGICA
NELLA PRATICA CLINICA DEI
TRAPIANTI DI ORGANO
Gagliardi Barbara
LE BARRIERE DEL TRAPIANTO
AUTOTRAPIANTO ISOTRAPIANTO
Trapianto clinico
Organo trapiantato
Esempi di malattia
Rene
Insufficienza renale terminale
Cuore
Insufficienza cardiaca terminale
Polmone
Ipertensione polmonare/Fibrosi cistica
Fegato
Cirrosi, cancro
Cornea
Distrofia, cheratiti
Pancreas o isole
Diabete
Midollo osseo
Immunodeficienze, leucemie
Intestino tenue
Cancro
Cute
Ustioni
ALLOTRAPIANTO
XENOTRAPIANTO
UN PO’ DI STORIA…
• Nel 1943 Medawar e Gibson scoprirono che il rigetto tissutale è mediato
dalle cellule del sistema immune
• Nel 1953 Billingham, Brent e Medawar dimostrarono sperimentalmente
che la compresenza di cellule- leucociti di donatore e ricevente
determinava l’assenza di rigetto verso i tessuti del ceppo del ricevente ma
non verso i tessuti di altri ceppi
“sistema HLA”
• Nel 1959, Murray effettua il primo trapianto di rene nell’uomo, donato da
un fratello (gemello), dopo una Total Body Irradiation (TBI)
• Nel corso del 1960 si aggiunsero i primi interventi di fegato (Starzl
1967), cuore (Barnard 1968), midollo osseo (1968) e l’utilizzo di
Azatioprina e steroidi
• Negli anni ‘70 si arriva alla scoperta ed uso della Ciclosporina A
Permettere la
TOLLERANZA SPECIFICA
di un organo da parte di un
sistema immune diverso
LE LEGGI DEL TRAPIANTO
MHCa
MHCa
MHCa
MHCa
MHCb
MHCb
100
Percentuale di
sopravvivenza 50
dei trapianti
0
0
Secondo trapianto di
cute dallo STESSO
DONATORE
Trapianto di cute in
un ricevente
ALLOGENICO
Trapianto di cute in
un ricevente
SINGENICO
10
Il trasferimento di cellule T accelera il
rigetto da un donatore sensibilizzato a un
ricevente non immunizzato
MHCa
MHCb non
immunizzato
100
100
100
50
50
50
0
0
0
20
0
10
20
0
10
20
Giorni dopo il trapianto
Trapianto di cute in
un ricevente
ALLOGENICO
MHCa
Trapianto di cute in
un ricevente
SINGENICO
MHCa
MHCa
Percentuale di
sopravvivenza
dei trapianti
100
50
50
50
60
120
0
0 10
60
10
20
MHCa
MHCb
100
0
0
Trapianto di cute in un
ricevente
INCOMPATIBILE per un
antigene MINORE
MHCa
100
0
MHCb sensibilizzato
contro MHCa
120
Giorni dopo il trapianto
0
0
60
120
PRESENTAZIONE DEGLI ALLOANTIGENI DEL TRAPIANTO AI
LINFOCITI T DEL RICEVENTE
Le APC del donatore migrano verso il linfonodo e
stimolano le cellule T alloreattive del ricevente
Le APC del ricevente processano proteine e
presentano peptidi derivati dal trapianto
ALLORICONOSCIMENTO DIRETTO
ALLORICONOSCIMENTO INDIRETTO
I LINFOCITI T E I SUOI COLLABORATORI
APC
cellule trapiantate
CD4
Th
CD8
IL-2
INF-γ
IL-2
IL-4
IL-5
linfotossina
INF-γ
attivazione
anticorpi
Complemento
citotossicità
cellulo-mediata
citotossicità cellulare
anticorpo-dipendente
danno litico
occlusione
vascolare
EFFETTI SUL TRAPIANTO
mediatori
dell’infiammazione
I MECCANISMI DELLA TOLLERANZA PERIFERICA
• ANERGIA CLONALE
il riconoscimento da parte di linfociti attivati
dall’antigene allogenico presentato da APC in assenza di segnale costimolatorio
renderà i linfociti incapaci di rispondere a quell’antigene
• ACTIVATION-INDUCED CELL DEATH (AICD)
viene iniziato dall’IL2 e
richiede l’espressione del recettore Fas-ligand sulle cellule T attivate che
successivamente vengono indotte all’apoptosi
• SVILUPPO DI LINFOCITI T, PROGENITORI MIELOIDI O CELLULE
DERIVATE DALLO STROMA CON FUNZIONE DI REGOLATORI O
SOPPRESSORI
i linfociti T regolatori sono capaci di inibizione allospecifica grazie al rilascio di citochine (TGF-β o IL-10); i progenitori mieloidi CD34 a
seconda che esprimano il CD86, funzionano come potenti APC, in gardo di polarizzare
i linfociti T e B verso un pattern più o meno immunogenico di risposta verso
alloantigeni; cellule derivate dallo stroma del midollo osseo (cheratinociti e cellule
endoteliali), mancando di attivitò costimolatoria, potrebbero avere un ruolo indiretto
nell’indurre tolleranza nelle cellule T
I TEMPI DEL RIGETTO
TIPO DI RIGETTO TEMPO NECESSARIO
CAUSA
Iperacuto
minuti-ore
anticorpi anti-donatore
preformati e complemento
Accellerato
giorni
riattivazione di linfociti
T sensibilizzati
Acuto
giorni-settimane
attivazione primaria
dei linfociti T
Cronico
mesi-anni
cause poco chiare:
anticorpi,
immunocomplessi, reazioni
cellulari lente, ricaduta
della malattia
LE ALLOREAZIONI NEL RIGETTO DEI TRAPIANTI
Nel TRAPIANTO di RENE le cellule T
del RICEVENTE attaccano l’ORGANO
TRAPIANTATO
Nel TRAPIANTO di MIDOLLO OSSEO le
cellule T del TESSUTO TRAPIANTATO
attaccano i tessuti del RICEVENTE
midollo osseo
RIGETTO DEL TRAPIANTO
MALATTIA DA REAZIONE DEL
TRAPIANTO CONTRO
L’OSPITE (GVHD)
PREVENZIONE DEL RIGETTO
TIPIZZAZIONE TISSUTALE
REAZIONE LINFOCITARIA
MISTA (4-5gg)
METODO SIEROLOGICO (2-3h)
cellula test DR3,7
complemento
cellula test DR4,7
7
4
7
3
HLA-B8
T
cellula tipizzante
DR4,4
b4
T
4
riconoscimento
nessun riconoscimento
anti HLA-B8
tripan blue
La morte delle cellule
conferma che queste
esprimono l’antigene in
questione.
B
Trasformazione e
proliferazione
Nessuna reazione
Le cellule DR3,7 riconoscono le cellule tipizzanti come estranee e ciò
viene rivelato dalle celle test in fase di trasformazione e
proliferazione; al contrario le cellule DR4,7, che presentano la
specificità delle cellule tipizzanti, non riconoscono queste ultime e
quindi non reagiscono ad esse.
PREVENZIONE DEL RIGETTO
IMMUNOSOPPRESSIONE CON FARMACI
ASPECIFICA
SPECIFICA
Diminuisce o abolisce l’attività del sistema immunitario
indipendentemente dall’antigene rendendo il ricevente
estremamente vulnerabile alle infezioni.
STEROIDI
AZATIOPRINA
Sopprimono i
macrofagi attivati,
diminuiscono la
funzione delle APC e
riducono
l’espressione delle
molecole MHC
Incorporandosi
nel DNA delle
cellule in via di
divisione, ne
impedisce
l’ulteriore
proliferazione
CICLOSPORINA
Sopprime la
produzione di
linfochine da
parte dei
linfociti Th
TOTAL LYMPHOID
IRRADIATION (TLI)
DONOR SPECIFIC
TRANSFUSION (DST)
I linfociti maturi sono
drasticamente eliminati
tramite irradiazione,
mentre il midollo osseo
viene protetto e rimane
intatto; questa metodica ,
seguita da un’esposizione
all’antigene, induce una
tolleranza completa ma
risulta pericolosa se
utilizzata abitudinariamente
a scopi clinici
Una trasfusione di sangue del
donatore somministrata per via
endovenosa nel ricevente, una
settimana prima del trapianto,
determina un attecchimento a
lungo termine dell’organo (nel
80% dei casi il successo del
trapianto è del 95-100%). In
alternativa, anticorpi antidonatore , somministrati al
ricevente al momento del
trapianto possono causare un
potenziamento passivo della
sopravvivenza del trapianto.
FARMACI IN GRADO DI INATTIVARE SOLO QUEI CLONI
LINFOCITARI CHE SONO SPECIFICI PER GLI ANTIGENI DEL
DONATORE, LASCIANDO INALTERATI GLI ALTRI CLONI
UN OSSERVAZIONE SPERIMENTALE…
Razionale: studiare la capacità delle cellule T di indurre tolleranza per sviluppare approcci di
possibile applicazione clinica
Il trasferimento di alloantigeni da parte di cellule T può essere usato per indurre
tolleranza nei confronti di un trapianto allogenico effettuato in riceventi sottoposti a
regimi di condizionamento mieloablativi e non?
•Sopravvivenza di cellule T che esprimono
alloantigeni in topi sottoposti a irradiazione
•Sopravvivenza di cellule T che esprimono alloantigeni
in topi sottoposti a condizionamento non-mieloablativo
• La tolleranza indotta attraverso il trasferimento di cellule
T mature ha evitato il rigetto cronico del trapianto di cuore
• Topi sottoposti a trapianto di cuore che non
hanno ricevuto cellule T hanno rigettato il
trapianto (infiltrato di cellule T CD3+ e cellule
B B220+)
• Il trapianto di cuore in topi riceventi che sono
stati sottoposti a trasferimento di cellule T
dopo condizionamento mieloablativo non
presenta segni di infiltrati cellulari
• Il trapianto di cuore è stato ben accettato
anche in topi riceventi sottoposti a
trasferimento di cellule T dopo
condizionamento non-mieloablativo
• La tolleranza indotta mediante il trasferimento di cellule T mature determina una diminuzione nel siero dei
livelli di citochine pro-infiammatorie
La concentrazione di IFN-γ, IL-15, IL9, IL-1α e IL-1β è significativamente
più bassa nel siero di topi che hanno
ricevuto cellule T (istogramma bianco)
rispetto a quelle delle stesse citochine
misurate nel siero di topi che non hanno
ricevuto cellule T (istogramma nero)
• Il trasferimento di cellule T mature ha causato
la delezione centrale delle cellule T alloreattive
La frequenza di cellule CD4+ e CD8+ esprimenti Vβ3
era significativamente ridotta in topi riceventi cellule
T (istogramma bianco) rispetto a topi controllo non
riceventi cellule T (istogramma nero).
• Il trasferimento di cellule T mature aumenta la
frequenza di cellule T con funzioni regolatorie
Scarsa presenza di infiltrati cellulari nel trapianto di topi
sottoposti a condizionamento mieloablativo e scarsa presenza
di cellule positive per FoxP3 rispetto ad un abbondante
presenza delle stesse cellule osservata nel trapianto di topi
sottoposti a condizionamento non-mieloablativo
CONCLUSIONI
• Il trasferimento di cellule T mature in topi sottoposti a regimi di condizionamento non-mieloablativi determina uno
stato di tolleranza a lungo termine.
• Il trapianto di un organo solido in topi riceventi è stato tollerato indefinitamente.
• L’istologia dell’organo trapiantato non ha mostrato i segni caratteristici del rigetto cronico.
• Non sono state osservati aumenti nei livelli sistemici di citochine proinfiammatorie associate allo sviluppo del rigetto
cronico come IFN-γ, IL-1α e IL-1β.
IL TRASFERIMENTO DI CELLULE T MATURE INDUCE TOLLERANZA NEI CONFRONTI DI
ALLOANTIGENI MHC DI CLASSE I E DI CLASSE II
• Sia gli antigeni di superficie che quelli intracellulari trasportati nel timo dalle cellule T mature sono coinvolti
nei fenomeni di selezione negativa, ma solo parzialmente.
NELL’INDUZIONE DELLA TOLLERANZA OLTRE ALLA DELEZIONE CENTRALE GIOCANO UN RUOLO
IMPORTANTE ANCHE LA REGOLAZIONE IN PERIFERIA DELLE RISPOSTE MEDIATE DALLE CELLULE T
• Cellule del donatore Foxp3+ sono più abbondanti rispetto a cellule naive nel sangue periferico dei riceventi.
• Cellule esprimenti Foxp3 si osservano nell’organo trapiantato di topi riceventi il trasferimento di cellule T mature.
LE CELLULE T ALLOGENICHE MATURE SONO CAPACI DI INDURRE E MANTENERE LA
TOLLERANZA NEI CONFRONTI DEL CUORE TRAPIANTATO
CONCLUSIONI
• Il traguardo della tolleranza immunologica può essere raggiunto non solo tramite farmaci
immunosoppressori con lo scopo di ridurre o abolire il rigetto ma soprattutto tramite la
manipolazione biologica di cellule e/o molecole capaci di indurre selettivamente uno stato di
non responsività antigene specifica.
• Nel trapianto di organi l’obbiettivo da raggiungere deve essere l’attecchimento dell’organo
in uno stato di “donor-specific T cell unresponsiveness” mediante la produzione di un
microchimerismo donatore-ricevente.
• Nonostante i regimi di pretrattamento, la comparsa del rigetto acuto è un evento clinico
quasi ineludibile; tuttavia quasi sempre è dominabile con in normali mezzi terapeutici,
permettendo in ogni caso il ritorno ad una situazione di “minimizzazione
dell’immunosoppressione” che non interferisce con il raggiungimento e mantenimento di un
alto grado di “donor-specific nonreactivity”
• Molte esperienze cliniche hanno confermato, se non la possibilità di lasciare
completamente senza immunosoppressione il ricevente, di indurre uno stato di quasi
tolleranza con la quale diminuire il pericolo, nel lungo periodo, di effetti tossici.