and T-cell - Inselspital

Diagnostik der
Medikamentenallergie
Werner J. Pichler
Clinic f. Rheumatology
& clinical Immunology/
Allergology
Inselspital,
University of Bern,
CH-3010-Bern
Switzerland
ADR-AC GmbH
Adverse Drug Reactions –
Analysis and Consulting
Holligenstr 91,
CH-3008-Bern,
Switzerland
Diagnostik der
Medikamentenallergie
1. Grundlagen (Rückblick)
2. Neues zur Diagnostik
Medikamentenallergie in Bern
1. Epidemiologie der Medikamentenallergien (RH)
2. Penicillin Hypersensitivität (AdW/CS):
-
Biochemie der Penicillinallergie (Bindungen)
3. Diagnostik (AdW/HS):
-
Penicillin-Hautteste (PenG-PLL)
Lymphozytenproliferationstest (LTT): in vitro
Proliferation von mononuklären Blutzellen auf
Medikamente
%
45
S
Y
M
P
T
O
M
E
Ablauf
Spätreaktion
40
35
30
25
20
15
10
5
Tage
0
1
1
2
3
4
5
Asymptomatisch
6
2
7
3
4
5
8
6
7
8
9
9
10
11
12
13
14
10 Tage
Symptome
L
T
T
Wenige
Prekursor
Zellen
vermehren
sich
15
Ab bestimmter Menge
Symptome (je nach Art
der Immunreaktion)
16
17
LymphozytenTransformationstest (LTT)
etabliert/standardisiert/evaluiert in Bern
durch Frau Dr. Heidi Spengler & Jana Tilch
um ca. 1979-1982
---------------------------------------------------? Wie soll denn ein Medikament T-Zellen
in vitro stimulieren: T-Zellen werden durch
Peptide stimuliert
(“? Ein unspezifisches Phänomen !?”)
Positiver LTT gegen Amoxicllin –
dosisabhängig, eindeutig, spezifisch,
148
SI
120
111.7
110
100
91.5
90
80
70
59.6
60
50
40
30
26.9
22.6
22
21.4
20.5
20
10
4.6
2.2 0.9
0.7 0.9
0.6 0.1
0.2 0.1
0.9 0.7
0.9 0.6
0.2 0.3
0.1 0.1
1
10
100
200
1
10
100
200
0
10
100
200
500
Amoxicillin RS
Cefuroxim RS
Autologes Plasma
Cefadroxil RS
AB-Serum
5
Tet.
Tox.
μg
Medikamentenallergie:
interessant aber unklar
LTT: Start um zwei Fragen zu klären:
1. Was bedeutet diese T-Zell Stimulation für
das klinische Bild ?
2. Wie erkennen diese T-Zellen das
Medikament ?
a
Be
nn
o
Pe
tr
us
Ma
rk
tel
ris
Ch
er
Ol
iv
Ja n
Sim
on
Ing e
rid
Tages Arbeit, abends Gäste, saure Wochen, frohe Feste, sei Dein künftig Zauberwort
(J.W. von Goethe, „der Schatzgräber“)
Drug specific T-cell clones (TCC)
from blood and tissue
cell culture
with drug
Immunohistochemistry
Expansion of a
single cell
T-cells
T-cells
TCC
proliferation
phenotype
function: cytokines,
cytotoxicity
interaction with
APCs, tissue cells
drug recognition
cross-reactivity
Perforin CD4
red brown
Medikamentenallergie: Ein Schlüssel um die
vielfältigen Formen von T-Zell Reaktionen zu
verstehen?
bullous exanthem maculopapular
exanthem (MPE)
(bullous E.)
acute generalized
exanthematous
pustulosis (AGEP)
Gell & Coombs Classification (1967!)
Hypersensitivity reactions type I – III & type IV
Immune
reactant
Antigen
Effector
Type I
Type II
Type III
IgE
IgG
IgG
Soluble
antigen
Cell- or
matrixassociated
antigen
Soluble
antigen
MHC-presented antigen
Mast-cell
activation
FcR+ cells
(phagocytes,
NK cells)
FcR+ cells
Complement
T-cells, via cytokines recruitment of
monocytes, eosinophils, neutrophils
Type IV
T cell
blood
platelet vesse
l
s
Ab - platelet
immune
complex
A
g
Example of
hypersensitivity
reaction
Allergic
Rhinitis,
asthma,
systemic
anaphylaxis
Some drug
allergies
(e.g.,
penicillin)
Serum
sickness,
Arthus
reaction
Cytokines
cytotoxicity
Many different diseases: tuberculin skin
test
different forms of exanthema ?, eczema
?, contact dermatitis ? …..
Medikamentenallergie:
Ein Schlüssel um die vielfältigen Formen von
T-Zell Reaktionen zu verstehen?
TYPE IV a
TYPE IV b
TYPE IV c
TYPE IV d
Th1
Th2
Cytotoxic T cells
T cells
IFN-γ, TNF-α
IL-5, IL-4, IL-13,
eotaxin
Perforin, granzyme B,
FasL
CXCL-8, GM-CFS
IL-17?
Monocyte,
Macrophage
Eosinophilic
inflammation
Cytotoxic T cells
Neutrophils
Tuberkulin skin test,
Contact dermatitis
Maculopapular
exanthem with
eosinophilia
Contact dermatitis
bullous & maculopapular exanthema
Pustular exanthema
Antibody mediated hypersensitivity reactions (I-III) and
delayed type hypersensitivity reactions (IV a-d)
Type I
Immune
reactant
Type II
IgE
IgG
Antigen
Soluble antigen
Cell- or
matrixassociated
antigen
Effector
Mast-cell activation
FcR+ cells
(phagocytes, NK
cells)
Type III
Type IV a
Type IV b
Type IV c
IgG
IFNγ, TNFα
(TH1 cells)
IL-5, IL-4/IL13
(TH2 cells)
Perforin/
GranzymeB
(CTL)
CXCL-8.
GM-CSF,
IL17
(T-cells)
Soluble
antigen
Antigen
presented by
cells or direct
T cell
stimulation
Antigen
presented by
cells or direct
T cell
stimulation
Cellassociated
antigen or
direct T cell
stimulation
Soluble
antigen
presented by
cells or direct
T cell
stimulation
Macrophage
activation
Eosinophils
T cells
Neutrophils
immune complex
blood FcR+ cells
vessel
Complement
Type IV d
platelets
CTL
IFN-γ
Ag
TH1
TH2
IL-4
IL-5
CXCL8
GM-CSF
eotaxin
chemokines, cytokines,
cytotoxins
cytokines, inflammatory
mediators
Example
of
hypersen
-sitivity
reaction
Allergic rhinitis,
asthma,
systemic
anaphylaxis
Some drug
allergies
(e.g.,
penicillin)
Serum
sickness,
Arthus
reaction
Tuberculin
reaction ,
contact
dermatitis
(with IVc)
Chronic
asthma,
chronic
allergic
rhinitis
Maculopapula
r exanthema
with
eosinophilia
PMN
cytokines, inflammatory
mediators
Contact
dermatitis
Maculopapula
r and bullous
exanthema
hepatitis
AGEP
Behçet
disease
A. de Weck: Werner, Sie sollten Ihre Karriere nicht auf
Medikamentenallergie alleine bauen, da werden Sie auch
Schwierigkeiten haben genügend Funding aufzutreiben
S 57: W. Hadorn nach einem Seminar
über Penicillin Allergie zu A. de Weck:
Young man, this is very nice work! But
you know you should soon do something
else….
Aber A. de Weck hielt sich (zum Glück)
nicht daran …
S 58: Which shows that one should
never believe blindly in the prediction
of so-called wise men but one`s own
feelings…
Wichtige Schritte….
•
•
•
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•
•
•
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es sind T-Zellen, die im LTT proliferieren Marianne Koponen (1987)
die ersten Penicillin-spezifischen T-Zell Klone: Christian Brander (1993-95)
T-Zell Klone gegen Sulfamethoxazol: Daniela Mauri-Hellweg & Patient
“UNO”, Blutspender für 4 Generationen von PhD-Doktoranden (1993-2009)
zytotoxische Mechanismen: Benno Schnyder, Karin Schnyder, Simone
Schmid, Petra Kuechler, Anna Zawaodniak (1996-2009)
Immunhistologie von MPE, AGEP, bullösen Reaktionen: Nikhil Yawalkar,
Simone Schmid (2000 - ..)
AGEP (acute generalized exanthematous pustulosis): Markus
Britschgi/Urs Steiner/Simone Schmid/Monika Keller (2002-2006)
interstitielle Nephritis: Monika Keller/Zoi Spanou (2006-07)
RCM-Ueberempfindlichkeit: Monika Keller/Marianne Lerch (2007/2008)
--------------------------------------------------p-i Konzept: Benno Schnyder, Daniela Mauri-Hellweg, Martin Zanni,
Salomé von Greyerz, Christoph Burkhart, Jan Depta (1997-2004)
TCR-Transfektanten: Jan Depta/Daphné Schmid/Michael Lüthi
(2005/2008):
In vitro Diagnostik (CD69, Zytokine, Zytotoxizität): Andreas Beeler, Priska
Lochmatter, Anna Zawodniak (2006-2009)
Wie können T-Zellen mit
Medikamenten reagieren ?
DOGMA: “a small compound
(<1000D) is not a complete antigen”
Ein Medikament ist in der Regel zu klein, um
per se eine eigenständige Immunantwort
auszulösen. Es muss als Hapten (= chemisch
reaktiv) kovalent an ein Protein binden, welches
dadurch verändert wird. Gegen dieses Haptenmodifizierte Protein kann eine Antikörper-, bzw.
T-Zell Immunantwort entwickelt werden.
Hapten/prohapten specific immunity
Penicillin G
O
C
H2
SMX-NO
R
H
N
H
N
S
CH3
NH
SO
CH3
O
ONa
O
NO
Haptens are chemically
reactive compounds able to
bind covalently to proteins.
Prohaptens acquire this ability
after metabolism (SMX →
SMX-NO).
Haptens bind to soluble or
cell bound proteins, which are
processed and presented.
processing
A B- and T-cell mediated,
hapten-specific immunity can
arise.
SUMMARY: T-cell recognition of drugs:
Covalent drug binding to MHC-peptide
NO
Covalent binding
(SMX-NO)
O S O
N
NH
O
HC
3
T-cell
TCR
APC (e.g. activated
keratinocyte, DC,...)
MHC+ peptide
„Classical“ immune response to hapten carrier
compound
pi-Konzept
Pharmakologische Interaktion mit
Immunrezeptoren
Ein chemisch inertes Medikament, welches unfähig ist, an Proteine zu
binden, kann an einige der vielen Immunrezeptoren binden, in
ähnlicher Art und Weise, wie es an andere Rezeptoren bindet
(pharmakologische Interaktion mit Immun-Rezeptoren, pi-Konzept).
Diese Medikamenten-Rezeptor-Interaktion kann - unter besonderen
Umständen - Immunzellen aktivieren und sie zur Proliferation bringen.
Die entsprechende Reaktion in vivo ähnelt sehr einer spezifischen
Immunreaktion auf das Medikament, hat aber auch oft bizarre
klinische und immunologische Eigenschaften.
Das pi-Konzept folgt nicht den Regeln für die Entwicklung einer
Immunantwort.
p-i Konzept: Benno Schnyder, Daniela Mauri-Hellweg, Martin Zanni,
Salomé von Greyerz, Christoph Burkhart, Jan Depta (1997-2004)
SMX-specific T cell clone: immediate Ca++ influx
to the specific (stimulatory) compound only
(SMX but not SDM)
response
160
Ionomycin
150
SMX100
140
SMX20
130
SMX4
120
SDM100
110
SDM20
SDM4
100
926
878
830
782
734
686
638
590
542
494
446
350
0
398
302
254
206
96
90
CM
48
Fluorescence intensity
TCC H13 stimulated by SMX and SDM - dose
seconds
Ca++ influx: SMX (sulfamethoxazole) specific T-cell clone H13 reacts
immediately (60sec)
in astimulatory
dose dependent
to the drug, but
SDMand
is not
for theway
TCC
not a structurally related compound (SDM), which does not induce IL-2
P
R
I
S
K
A
L
O
C
H
M
A
T
T
E
R
Das p-i Konzept: pharmakologische
(direkte) Interaktion des Medikamentes
mit Rezeptoren des Immunsystems
NH2
O S O
1
N
O
T-cell
H3C
TCR
Sofortiger
Ca++ Influx
2
NH
APC (e.g.
activated
keratinocyte)
MHC+ peptide
labile, nicht kovalente Bindung von
SMX an den TCR,
ausreichend zur Stimulation der T-Zelle
„Antigenicity“ of drugs
(NO) NH2
HAPTEN
P-I CONCEPT
O S
N
O
I
NH
O
H 3C H3 C
• Chemical (hapten)
• Stable protein/peptide
MMUNOLOGY
modification (covalent)
• MHC-APC directed
• (processing and metabolism)
• Very heterogeneous and
often combined immune
responses (Ig, T-cells.....)
O
• Structural (fitting into TCR)
• No covalent binding
PHARMACOLOGY
• TCR – T-cell directed
• No processing/no metabolism
• T-cell reactions of different types
(exanthema, DRESS, AGEP,
TEN.....)
Klinische Konsequenzen des piKonzepts
1. Reaktivität ohne stattgehabte Sensibilisierung (falls genügend
Rezeptoren/Zellen durch das Medikament stimuliert werden)
2. Das pi-concept erklärt eine relativ rasche Reaktivität in der Haut,
auch gegenüber Medikamente, die in der Haut nicht metabolisiert
und prozessiert werden (Hautteste)
3. Wichtigkeit der Vorstimulation bzw. der Cofaktoren.
4. Die durch das Medikament stimulierten Zellen haben eine
zusätzliche (Peptid-) Spezifität.
5. Medikamente, die Medikamentenallergien entsprechend dem piKonzept auslösen, werden präklinisch nicht erfasst, da
entsprechende Untersuchungen lediglich auf der HaptenHypothese beruhen.
6. Das pi-concept erklärt, weshalb einige Medikamente lediglich TZell-Reaktionen auslösen
Drug allergy group Inselspital, greetings from Switzerland
Daniel
Olli
Werner
Jan
The early bird catches the worm
Andreas
Falls ich überziehe…
Das Alter spricht ohnehin gern von sich..
Jean Paul
Diagnostik der Medikamentenallergie
Schwierigkeiten
•
•
•
•
•
es ist nicht nur Immunologie
es ist auch Pharmakologie
Kofaktoren sind wichtig
Genetik ist wichtig
Unübliche (überraschende) Klinik
• Vieles ist noch unklar
9d
Exanthem ?
50j Patientin WK; Behandlung mit
Amoxicillin & Clavulansäure seit 9 d
wegen Bronchitis;
was tun ?
Stop des Amoxicillin; topische
Steroide; Antihistaminika
Häufigste Frage:
was kann ich der Patientin in
Zukunft geben ?
Kann man Cephalosporine,
Carbapeneme, Monobactame...
einsetzen ?
Neues in der MedikamentenallergieDiagnostik
Was brauchen wir?
• Möglichst sensitive Teste (i.d. > epicutan),
• Kreuzreaktionen miterfassen
• spezifische IgE
• schneller Testresultate
• spezielle Teste für besondere Fragestellungen
Team allerglogische-immunologische Poliklinik 2009
Hautteste: selektiv positiv gegen Penicilline (Amoxicillin, Ampicillin,
Penicillin G, nicht gegen Cepalsosporine)
Neue Hauttest-Serien
Perioperative Anaphylaxie • Sensitiver i.d. Test
Penicilline
Cephalosporine
& Carbapeneme
Sulfonamide
Lokalanaesthetika
Pyrazolone
Antikoagulantien
.....
• Komplette Abklärung mit
Identifikation des auslösenden und
potentiell tolerierbaren
Medikamentes
• Vorgegebene Termine:
– 1x/Monat Muskelrelaxantien,
1x/Röntgenkontrastmittel,
– Penicilline wöchentlich
„ Bernese drug allergy network “,
www.allergiebern.ch
IgE vermittelte Allergien:
wenig Testreagentien verfügbar
Basophilenaktivierungstest
CD63 expression or CD203c upregulation on basophils
stimulated by anti-IgE, anti-IgE-FcR I or by allergen (drug)
Basophilentest mit passiver
Sensibilisierung
n=3
T
H
O
M
A
S
G
E
N
T
I
N
E
T
T
A
Basophilentest mit passiver
Sensibilisierung
+ Serum statt Zellen;
-
aufwendig, teuer,
funktioniert bisher nur mit
bestimmten Medikamenten
(Muskelrelaxantien, Carboxymethylcellulose
Cephalosporine)
Experimentell,
auf Anfrage
Verfeinerter LTT:
CD69-Aufregulation, Zytokine, Zytotoxizität
Cytokines (IFNg, IL-5, IL-13..
Time course of T-cell activation
Daniel
Valerie
Monika
Anna
Michael
Daniel
Ist man nicht fleissig in der Jugend, wird man im Alter traurig sein Konfuzius
CD69 upregulation after 48hrs
CD69
culture medium
sulfapyridine
1.9%
CD4-FITC
0.1%
CD69-PE
tetanus toxoid
1.1%
Verfeinerter LTT:
CD69-Aufregulation, Zytokine, Zytotoxizität
• Statt Proliferation wird Aktivierung
(CD69) gemessen (schneller, nach 3d)
• Passend zum Pathomechanismus (z.B.
IL-5 bei eosinophiler Reaktion)
• Ergänzend – z.B. zytotoxische
Mechanismen bei toxischer
epidermaler Necrolyse (TEN, SJS)
experimentell,
auf Anfrage
A
N
N
A
Z
A
W
O
D
N
I
A
K
P
R
I
S
K
A
L
O
C
H
M
A
T
T
E
R
Teste kombiniert evaluieren
Medikamentenallergie-Teste haben
meist eine geringe Sensitivität,
aber sehr gute Spezifität
----------------------------------------- positive Teste sind aussagekräftig
- negative Teste sind mit Vorsicht zu interpretieren !
- kombiniert eingesetzt gelingt es in einem Grossteil der
Patienten (ca 70%) das relevante Medikament zu
identifizieren
Anamnese! Prick
i.d.
Patch
LTT Provokation ?
Anamnese!
Anamnese!
Identifikation des Auslösers
- mit alternativem
Medikament
- mit Test-negativem
Medikament
Positiver LTT und Hauttest gegen Amoxicillin –
KEINE Reaktionen auf Cephalosporine
148
SI
120
111.7
110
100
91.5
90
80
70
59.6
60
50
40
30
26.9
22.6
22
21.4
20.5
20
10
4.6
2.2 0.9
0.7 0.9
0.6 0.1
0.2 0.1
0.9 0.7
0.9 0.6
0.2 0.3
0.1 0.1
1
10
100
200
1
10
100
200
0
10
100
200
500
Amoxicillin RS
Cefuroxim RS
Autologes Plasma
Cefadroxil RS
AB-Serum
5
Tet.
Tox.
μg
Betalactam-Antibiotika
• Pat WK: sie ist allergisch auf (alle) Penicilline,
kann aber Cephalosporine (und Monobactame,
Carbapenem) erhalten.
• Bei den verzögerten, T-Zell vermittelten
Reaktionen (wie makulopapulärem Exanthem,
Serumkrankheit mit Exanthem, bullösem
Exanthem) besteht meist KEINE Kreuzreaktion
mit Cephalosporinen, Monobactamen und
Carbapenemen
Trotz häufig etwas unklarer Situation klare Antwort
geben an Hausarzt sowie Patient: Notfallausweis
Allergologie 2009
Herzlichen Dank meinen früheren und jetzigen Mitarbeitern
Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Herzlichen Dank unseren Sponsoren:
Fortbildungspool
Alte Leute sind gefährlich, sie haben keine
Angst vor der Zukunft
George Bernhard Shaw