T-Zell basierte Infektionsdiagnostik nach Organtransplantation

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T-Zell basierte
Infektionsdiagnostik nach
Organtransplantation
Martina Sester
Homburg/Saar
T-Zell-Diagnostik bei
Infektionserkrankungen
Infektionsmonitoring
Steuerung der
antiviralen Therapie
Epidemiologie
Infektionsmonitoring
Sensitive Diagnostik einer
latenten Infektion
Monitoring
antiviraler und
immuntherapeutischer
Strategien
BKV
VZV
Impfmonitoring
Epidemiologie
Infektionsmonitoring
Quantifizierung und Charakterisierung
Antigen-spezifischer T Zellen
Sester et al. (2008) J Lab Med 32: 121
T-Zell-Diagnostik bei
Infektionserkrankungen
Infektionsmonitoring
Steuerung der
antiviralen Therapie
Epidemiologie
Infektionsmonitoring
Sensitive Diagnostik einer
latenten Infektion
Monitoring
antiviraler und
immuntherapeutischer
Strategien
BKV
VZV
Impfmonitoring
Epidemiologie
Infektionsmonitoring
Anwendungsbereiche
T Zell Monitoring der CMV Infektion
Genaue Bestimmung des Infektionsstatus bei
Patienten mit möglicher passiver Immunität
Frühe Identifizierung von Risikopatienten
Steuerung der Therapiedauer
Kotton et al. (2013) Transplantation 96: 333
Erreger-Last/T-Zellantwort
CMV spezifische T Zellantwort
bei stabiler CMV Kontrolle
T Zellen
Gleichgewicht
Infektion
Zeit
CMV spezifische T Zellantwort
bei stabiler CMV Kontrolle
CMV specific
CD4 T cells (%)
64
16
8
CMV specific
CD4 T cells (%)
4
2
1
0.5
0.25
0.125
<0.05
14.0
seropositiv
14.5
15.0
15.5
15.0
15.5
16.0
16.5
64
32
16
8
4
2
1
0.5
0.25
0.125
<0.05 6.5
CMV specific
CD4 T cells (%)
CMV spezifische CD4 T Zellen (%)
32
64
32
16
8
4
2
1
0.5
0.25
0.125
13.5
64
32
16
8
4
2
1
0.5
0.25
0.125
<0.05 8.00
8.25
7.0
8.50
7.5
8.75
8.0
9.00
9.25
years after transplantation
8.5
9.50
3.0
9.5
3.5
10.0
4.0
10.5
4.5
11.0
5.0
11.5
years after transplantation
Sester et al. (2002) J Virol 76: 3748; Sester et al. (2003) Transplantation 76: 1229
CMV-spezifische T Zellen als Marker für den CMV
Infektionsstatus bei passiver Antikörper Immunität
CMV negativ
positiv?
positiv
Plasmapräparate
positiv
negativ
Schwangerschaft
negativ
Passive Immunität
CMV positiv
CMV-spezifische T Zellen erlauben
bei CMV seropositiven Personen die
Identifizierung des tatsächlichen
Infektionsstatus
Sester et al. (2003) Transplantation 76: 1229
Schmidt et al. (2012) J Clin Virol 54: 272; Ritter et al. (2013) Eur J Immunol 43: 1099
Quantitative Veränderungen CMV spezifischer
T Zellen nach Transplantation
Sester et al. (2001) Transplantation 71: 1287
Quantitative Abnahme
Sester et al. (2005) Am J Transplant 5: 1483
Erreger-Last/T-Zellantwort
Widmann et al. (2008) PLOS ONE 3: e3634
Immunsuppression
Symptome
Erkrankung
Zeit
Qualitative Veränderungen CMV spezifischer T
Zellen nach Transplantation
Quantitative Abnahme
Erreger-Last/T-Zellantwort
Phänotyp
Funktion
Qualitative Veränderungen
Symptome
Erkrankung
Zeit
Qualitative Veränderungen CMV spezifischer T
Zellen nach Transplantation
Quantitative Abnahme
PD-1/CTLA-4/TIM-3
Zytokinprofile
Erreger-Last/T-Zellantwort
Phänotyp
Funktion
Qualitative Veränderungen
Symptome
Erkrankung
Zeit
Erhöhter Anteil PD-1 positiver
CMV spezifischer T Zellen bei Virämie
100
PD-1
3.50%
IFNγ
Virämie
PD-1
49.78%
PD1 positive
CMV specific CD4 T cells (%)
Kontrolle
***
*
*
80
60
40
20
p=0.0002
0
IFNγ
dialysis
before
during
post
viremia
Sester et al. (2008) Am J Transplant 8: 1486; Dirks et al. (2013) Transpl Inf Dis 15: 79; Dirks et al. (2013) Am J Transplant; in press
Fehlen CMV spezifischer T Zellen als prädiktives
Maß für CMV Erkrankung
Quantiferon positive
D+/Rn=127
Quantiferon non-reactive p=0.06
CMI zum Ende
der Prophylaxe
CMV Erkrankung
Keine Erkrankung
Manuel et al (2013) Clin Inf Dis, 56: 817
Prätransplant-T Zellantwort als
Prädiktor für Reaktivierung
55 Patienten (Nieren- und Lungen-Tx)
CMV-seronegative Empfänger
• 11/11 „non-reactive“
CMV-seropositive Empfänger
• 30/44 (68.2%) positiv
• 14/44 (31.8%) “non-reactive”
Cantisan et al. (2013) Am J Transplant in press
Prätransplant-T Zellantwort als
Prädiktor für Reaktivierung
Cantisan et al. (2013) Am J Transplant in press
Phänotypische und funktionelle Veränderungen bei
Anstieg der Viruslast
IFN-γγ
TNF-α
α
IL-2
proliferation
PD-1/Tim-3/
CTLA-4
Functional
T cell
+++
+++
+++
+++
-
Mild exhaustion
++
+/-
-
++
+
Partial exhaustion
+
-
-
+
++
Full exhaustion/
deletion
-
-
-
-
+++
CMV specific T cell
CMV load
Sester et al. (2008) J Lab Med 32: 121
T-Zell-Diagnostik bei
Infektionserkrankungen
Infektionsmonitoring
Steuerung der
antiviralen Therapie
Epidemiologie
Infektionsmonitoring
Sensitive Diagnostik einer
latenten Infektion
Monitoring
antiviraler und
immuntherapeutischer
Strategien
BKV
VZV
Impfmonitoring
Epidemiologie
Infektionsmonitoring
M. tuberculosis Infektion
7. häufigste Todesursache
1/3 der Weltbevölkerung ist vermutlich
infiziert
Die Mehrheit
der Infizierten
erkranken
nie
aktive TB
LTBI
Mack et al. (2009) Eur Respir J 33: 956
Immundiagnostik der
latenten Infektion mit M. tuberculosis
PPD
ESAT-6/CFP-10/TB7.7
Negative controls
Positive control
APC
IGRA
IFN-γ release assay
T cell
Skin test
cytokine
induction
cytokine
induction
ELISA
ELISPOT assay
QuantiFERON TB gold
T-SPOT.TB
Flow-cytometry
activation marker
cytokine
induction
activation/
cytokine
induction
cytokine
Typische Beispiele
PPD
ESAT-6
0%
CFP-10
0%
0%
Kein Kontakt
0,17%
0%
0,01%
BCG
geimpft
0,68%
0,08%
0,37%
CD69
Latente
Infektion
IFNγ
positiv
positiv
Vorteile der in vitro Testsysteme
Schnelles Ergebnis (8-24h)
Unterscheidung einer latenten Infektion von einer BCG Impfantwort
Serielle Tests möglich
Bessere Praktikabilität und Compliance
Erhöhte Sensitivität bei Immunsupprimierten
CAVE! – Eingeschränkte Sensitivität bei Hochimmunsupprimierten
Derzeit keine Unterscheidung zwischen aktiver und latenter TB
Ausblick: Modifikationen der IGRA zur Unterscheidung einer latenten und
aktiven TB
Monitoring CMV spezifischer T Zellen
-potentielle klinische AnwendungenVerbesserte Risikoeinschätzung bei Patienten mit
passiver Antikörperimmunität
Frühe Identifizierung von Patienten mit
Infektrisiko
• Viruslast und Quantität/Qualität CMV spezifischer T Zellen
Erleichterte Therapie-Indikation
Monitoring der Therapie-Dauer
Einschätzung des Risikos einer Reaktivierung nach Therapie-Ende
Consensus Dokumente für die
klinische Praxis
Management von CMV Infektionen nach Organtransplantation
• Kotton et al. (2010) Transplantation 89: 779
Latente Infektion mit M. tuberculosis
• Mack et al. (2009) Eur Respir J 33: 956
Management der Tuberkulose bei Patienten nach Organtransplantation
• Bumbacea et al. (2012) Eur Respir J 40: 990
Kirsch and Sester (2012) Curr Infect Dis Rep 14: 650
Management guidelines zur Minimierung des Übertragungsrisikos von M.
tuberculosis durch Organspender
• Morris et al. (2012) Am J Transplant 12: 2288
Danksagung
Candida Guckelmus
Lisa Lieblang
Jan Dirks
Tina Schmidt
Michaela Wolf
David Schub
Janine Mihm
Martin Janssen
Marion Ritter
Theresia Scholman, Helin Tas
Mathias Fousse, Tobias Hodapp
Department of Internal Medicine IV
Urban Sester, Sarah Kirsch, Danilo Fliser
Department of Medical Microbiology
Barbara C. Gärtner
Department of Internal Medicine V
Heinrike Wilkens
Department of Pediatrics
Tilman Rohrer, Pia Hennes, Ludwig Gortner
Department of Gynaecology
Ingolf Juhasz-Böss, Erich Solomayer
Department of Urology
Martin Janssen, Julia Elsäßer, Michael Stöckle
DFG
Else Kröner Fresenius-Stiftung
Deutsche José Carreras Leukämie-Stiftung e.V.
HOMFOR, Zentrale Forschungskommission
ROTRF Roche Organ Transplant Research Foundation
www.tb-net.org
Unterscheidung zwischen
BCG Impfantwort und Infektion
RD-1
RD-1 codiert für
ESAT-6 und CFP-10
RD-1 vorhanden bei
M. tuberculosis
M. kansasii
M. marinum
M. szulgai
M. flavescens
M. leprae (?)
RD-1 Deletion
RD-1 Deletion bei
M. bovis BCG
atypischen Mykobakterien
(z.B. M. avium)
Andersen et al Lancet (2000) 356: 1099
CD28-CD27- CD4 T Zellen:
Assoziation mit CMV Status
CMV seropositive
CMV seronegative
Oberflächenfärbung – 100µl Vollblut, 1h
100
CD27
CD28
Nach spezifischer Stimulation – 500µl Vollblut, 6h
24.24%
0.01%
% CD28-CD27- CD4 T cells
0.31%
25.51%
10
1
0.1
r=0.73
p<0.0001
CD69
0.01
0.01
0.1
1
10
100
% CMV specific CD4 T cells after stimulation
IFN−
−γ
Dirks et al. (2013) Am J Transplant in press
PD-1 Expression auf CD27-/CD28- CD4
T Zellen korreliert mit Virämie
Dirks et al. (2013) Am J Transplant in press
How does immunosuppression
influence IGRA and TST?
Calcineurin
inhibitors
Corticosteroids
Impaired T-cell/APC function
Impaired
cytokine
secretion
IFN-γγ
Depleting antibodies
T-cell
depletion
ESRD
HIV infection
Low CD4 counts
Impaired
costimulatory
capacity
Decrease in specific immunity
early after transplantation
pre-Tx
A
3 months
0.15%
0.50%
CD69
0.55%
12 months
IFNγ
PPD reactive CD4 T cells (%)
B
***
4
*
2
1
0.5
0.25
0.125
0.0625
p<0.0001
0.03125
0
1
2
3
4
5
6
7
8
months after transplantation
9
10
11
12
Sester et al Eur Resp J (2009) 34: 702
Immun-basierte Diagnose der
aktiven Tuberkulose
T-TB, n=28
A-TB, n=25
IFNγ/IL-2 pos. <56%
Spezifität: 100%
Sensitivität: 70%
Sester et al PLoS One (2011) 6(3):e17813
Charakterisierung des in vitro-Verfahrens
bei immunsupprimierten Patienten
Hämodialysepatienten
Sester et al. (2004) Kidney Int 65: 1826
Transplantierte Patienten
Sester et al. (2006) Nephrol Dial Transplant 21: 3258
Sester et al. Eur Resp J (2009) 34: 702
Patienten mit rheumatoider Arthritis
Dinser et al. (2008) Rheumatology 47:212
HIV infizierte Patienten
Schuetz/Dirks et al. (2012) AIDS 26: 695
Europäische Multicenterstudie
Bulgaria
R. Markova
Greece
I. Gerogianni
Sweden
J. Bruchfeld/I. Julander
Denmark
P. Ravn
Netherlands
F. van Leth
Switzerland
J.P. Janssens/P. Soccal
Germany
C. Lange/M. Ernst
M. Sester
D. Wagner
T. Wolf
Turkey
Portugal
F. Eyuboglu/A.G. Dilektasi
R. Duarte
A. Yalcin
Romania
Italy
D. Cirillo/A. Matteelli
D. Goletti/E. Girardi
M. Losi
G.B. Migliori
D. Bumbacea
O. Caliman-Sturdza
U.K.
H. Milburn
Spain
Australia
J. Dominguez/I. Latorre
J. Rothel
Patienten
20 Zentren aus 13 Ländern
HIV Infektion
•
Hohe/geringe CD4 T Zell-Zahlen
Niereninsuffizienz
Rheumatoide Arthritis
Organtransplantation
•
> 1600
individuals
Niere, Niere-Pancreas, Lunge, Leber
Stammzelltransplantation
T-SPOT.TB
QuantiFERON
TB Gold in tube
T-Zell-Diagnostik bei
Infektionserkrankungen
Infektionsmonitoring
Steuerung der
antiviralen Therapie
Epidemiologie
Infektionsmonitoring
Sensitive Diagnostik einer
latenten Infektion
Monitoring
antiviraler und
immuntherapeutischer
Strategien
BKV
VZV
Impfmonitoring
Epidemiologie
Infektionsmonitoring
controls -
1
0.1
controls +
% of cytokine positive
CD4 T cells
% of cytokine positive
CD4 T cells
10
60
40
20
0
0.01
IFNγ
TNFα
IL-2
–
+
–
+
–
–
+
+
–
+
+
+
+
–
+
–
+
+
–
–
+
60
40
20
0
IFNγ
TNFα
IL-2
–
+
–
+
–
–
+
+
–
+
+
+
+
–
+
–
+
+
–
–
+
co
nt
ro
ls+
ro
ls-
<0.001
co
nt
% VZV specific CD4 T cells
Eingeschränkte Funktionaliät
VZV spezifischer T Zellen bei Patienten mit
akutem Herpes zoster
IFNγ+TNFα+IL-2+ ↓
T-Zell Frequenz ↑
IFNγγ+ single ↑
David Schub/Tina Schmidt
nt
ro
ls-
CTLA-4 ↑
40
20
0
CD127 ↓
co
nt
ro
ls +
60
-
80
PD1 MFI on VZV specific CD4 T cells
100
co
nt
ro
ls 0
co
nt
ro
ls+
20000
nt
ro
ls-
40000
% CD127+ VZV specific CD4 T cells
60000
co
co
nt
ro
ls+
co
CTLA-4 MFI on VZV specific
CD4 T cells
Phänotypische Veränderungen VZV spezifischer
T Zellen bei Patienten mit akutem Herpes zoster
3000
2000
1000
0
PD-1 ↑
T-Zell-Diagnostik bei
Infektionserkrankungen
Infektionsmonitoring
Steuerung der
antiviralen Therapie
Epidemiologie
Infektionsmonitoring
Sensitive Diagnostik einer
latenten Infektion
Monitoring
antiviraler und
immuntherapeutischer
Strategien
BKV
VZV
Impfmonitoring
Epidemiologie
Infektionsmonitoring
Properties of BKV specific T cells in
viremic patients
% BKV specific CD4 T cells
1
p = 0.0002
0.1
DL
≤ 0.01
controls
HD
BKV neg
BKV pos
Tx patients
Tina Schmidt/Claudia Adam
Decrease in multifunctional T cells
in viremic patients
Kontrollen Hämodialysepatienten
11.8%
(±5.5%)
22.2%
(±21.1%)
triple positive
IFNγ and/or TNFα
IL-2 single/double
16.9%
(±11.0%)
66.0%
(±20.1%)
16.9%
(±11.0%)
16.1%
(±7.0%)
16.1%
(±7.0%)
24.7%
(±8.8%)
67.0%
(±11.1%)
Tx Patienten – BKV neg
67.0%
(±11.1%)
43.5%
(±17.1%)
31.8%
(±18.3%)
Tx Patienten – BKV pos 
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