Mechanismen und experimentell-therapeutische Hemmung von angeboren-immunologischen Aspekten der Spender-versus-Empfänger (GvHD) Pathologie | Mechanisms and experimental-therapeutic inhibition of innate-immunological aspects of graft-versus-host disease (GvHD) pathology

German. Knochenmarktransplantation (KMT) wird zur Therapie angeborener Stoffwechselkrankheiten und Immundefekte, anders nicht oder nur schwer behandelbarer Infektionen, sowie maligner Erkrankungen, hauptsächlich Leukämie, praktiziert. Während prinzipiell für KMT eine möglichst umfassende immunologische Gleichheit oder gar Identität von Empfänger und Spender angestrebt wird um immunologische Reaktivität zu minimieren, gilt dies für letztere pathologische Entität oft nicht. Selbst umfassende Knochenmark-ablative Präkonditionierung per Chemotherapie oder ionisierender Bestrahlung (IB) oder Anwendung einer Kombination, lässt einzelne Krebszellen des Empfängers womöglich überleben. Das Risiko des Auftretens einer Spender-versus-Empfänger Krankheit (graft-versus-host disease, GvHD) eingehend, werden zur bleibenden Aufrechterhaltung einer mindestens basalen „Aggressivität“ von Spender-Immunzellen gegen Empfänger-, inklusive Krebszellen deshalb immunologisch partiell nicht übereinstimmende (mismatch) Spender-Stammzellen transplantiert. Bricht eine oft fulminante und schnell eskalierende GvHD aus, werden anti-inflammatorische Steroide verabreicht. Für Fälle von Steriodrefraktärität fehlt allerdings eine Behandlungsoption weitgehend. Von humanen adulten mesenchymalen Stamm-/ Stromazellen (MSC) freigesetzte extrazelluläre Vesikel (EV) erwiesen sich in einem bislang einzigartigen Therapieversuch örtlich tätiger Kollegen als hoch wirksam. Allerdings zeigten sich präparationsabhängige Schwankungen von EV Wirksamkeiten in vitro und in vivo. Um immunologischen IB-, KMT- und anti-GvHD-Effekten unterliegende Mechanismen aufzuklären und ein belastbares Qualitätskriterium für spezifische EV Chargen zu etablieren, wurde hier ein robustes und strikt definiertes Haupt-Histokompatibilitätsantigen-„mismatch“ Experimental-Mausmodell entwickelt und angewendet. Dies umfasste eine allogene KMT per Kotransplantation aufgereinigter Knochenmarkszellen mit naiven Milz-T-Zellen nach ablativer Präkonditionierung durch IB. Ferner wurden diverse primäre Mausimmunzellen mit IB und/oder MSC-EV konfrontiert. Die Ergebnisse dokumentieren selbst für EV aus MSC identischer Spender eine substantielle Chargenabhängigkeit ihrer Wirksamkeit. Des Weiteren implizieren sie Moleküle des angeborenen Immunsystems, namentlich MyD88, IRAK4 und TLR2/4, sowohl in Widerstandsfähigkeit gegen und Erkennung von IB, als auch in Vermittlung von überraschenderweise pro-inflammatorischer EV-Wirksamkeit. Eine Involvierung dieser Moleküle in DNA-Reparatur nach IB durch nicht-homologe Endverknüpfung (NHEJ) zeigte sich allerdings nicht.

English. Bone marrow transplantation (BMT) being applied for the therapy of congenital metabolic diseases and immune deficiencies, infections that cannot be treated or are difficult to treat otherwise, as well as malignant diseases, such as leukemia. While for BMT maximally possible immunological similarity or even identity of recipient and donor are demandable principally in order to minimize immunological reactivity. This does not apply to the latter pathological entity class. Even comprehensively ablative bone marrow preconditioning, by using chemotherapy, ionizing irradiation (IIR) or both, can fail to prevent singular cancer cell survival. To maintain at least a minimal “aggressiveness” of donor immune cells towards recipient cells, including malignant cells, partially immunologically mismatched donor stem cells are being transplanted against the background of an increased risk of an occurrence of an often fulminant graft-versus-host disease (GvHD). Anti-inflammatory steroid-administration by far dominates the means of choice. Alternative treatment options for steroid refractory patients are largely absent. Extracellular vesicles (EVs) released from human adult mesenchymal stem/stromal cells (MSCs) proved to be highly effective when applied in a pioneering therapeutic effort carried out by local colleagues previously. However, EV-batch-dependent heterogeneity of activities was observed through analyses performed in vitro and in vivo. In order to elucidate mechanisms underlying IIR, BMT, anti-GvHD effects and to establish a reliable quality criterium for specific EV batches in respect to clinical application, a robust and strictly defined major-histocompatibility-antigen mismatch experimental mouse model of allogeneic BMT was developed and applied. This included a co-transplantation of purified bone marrow cells and such naive splenic T-cells upon ablative pre-conditioning by IIR. Moreover, primary mouse immune cells were confronted with IIR and/or EVs and analyzed. The results documented a substantial batch dependency of the effectiveness of EVs even from one specific MSC-donor. Furthermore, they implied molecules of the innate immune system, namely MyD88, IRAK4 and TLR2/4, in resistance against and detection of IIR as well as in mediation of a surprisingly pro-inflammatory EV-effect. However, an involvement of these molecules in non-homologous end joining-DNA-repair upon IIR has been excluded experimentally.