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
