Hintergrund: Um akute Rejektionen nach Nierentransplantation früh erkennen und behandeln zu können, gleichzeitig die Nebenwirkungen einer immunsuppressiven Therapie zu minimieren, wäre die Etablierung eines “Immunmonitorings”, welches zu jedem Zeitpunkt Hinweise auf die Aktivierung des Immunsystems des Empfängers gegen das Transplantat gibt, wünschenswert. Methodik: In dieser Studie wurden die Anzahl der spenderreaktiven, IFNgamma-produzierenden T-Zellen von 52 nierentransplantierten Patienten zu verschiedenen Zeitpunkten vor (prä-TX) und nach Transplantation (post-TX) im ELISpot-Assay gemessen und in Zusammenhang mit der klinischen Entwicklung gebracht. Außerdem wurde das Assay auf Reproduzierbarkeit untersucht und versucht zu optimieren. Ergebnisse: Eine stark erhöhte Anzahl spenderreaktiver Zellen prä-TX (>200 IFNgamma-spots/3*100000 PBMZ, n = 5) war immer mit einer akuten Rejektion des Transplantats assoziiert. Post-TX korrelierte die Anzahl der spenderreaktiven, IFNgamma-produzierenden Zellen mit der Nierenfunktion ein Jahr nach Transplantation. Diese Korrelation wurde in den Wochen 2 und 3 post-TX und bei Patienten ohne akute Rejektion, besonders deutlich. Hinsichtlich der methodischen Optimierung hat sich die magnetische Depletion CD2pos-Zellen als effektiv gezeigt, die IFNgamma-Sekretion von Stimulatorzellen zu unterbinden. Um die Reproduzierbarkeit des Assays zu verbessern sollten Stimulatorzellen im Überschuss und Empfänger-T-Zellen in einer konstanten Anzahl eingesetzt werden. Dabei sollte die Gesamtzellzahl über 1000000 Zellen/ml betragen. Conclusion: Das ELISpot-Assay ist zur Erkennung klinisch relevanter T-Zellsensibilisierungen vor und nach Transplantation geeignet. Vor einem Einsatz in der klinischen Routine sollten jedoch einige methodische Verbesserungen vorgenommen werden. / Background: In order to perform early diagnosis and treatment of acute rejections after renal transplantation while minimizing side effects of immunosuppression, an immune monitoring tool is needed, which gives information on the activation state of the immune system of the transplant recipient against the allograft at any given time. Methods: In this study, frequencies of donor-reactive, IFNgamma-producing T cells where measured in 52 renal transplant recipients at different time points before (pre-TX) and after transplantation (post-TX) using the ELISPOT-assay. The frequencies were correlated with clinical outcome. Also, the reproducibility of the assay and possibilities of optimization were tested. Results: Highly elevated frequencies of donor-reactive cells pre-TX (>200 IFNgamma-spots/3*100000 PBMC´s, n = 5) were always associated with acute rejection episodes after transplantation. Post-TX frequencies of donor-reactive, IFNgamma-producing cells correlated significantly with graft function one year post-TX. This correlation was strongest for frequencies in week 2 and 3 post-TX and in patients without acute rejection. Regarding the methodical optimization, magnetic CD2pos-cell depletion of donor leucocytes proved useful to inhibit IFNgamma secretion of stimulating cells. To improve reproducibility of the assay stimulating cells should be used as a surplus, a constant number of responding T cells should be chosen, and overall cell concentration should exceed 1000000 cells/ml. Conclusion: The ELISPOT-assay is a useful tool to detect clinically relevant T cell sensibilisation pre- and post-TX. Before it is routinely used some methodical alterations must be performed.

In dieser Arbeit wurde die Überlebenszeit von Nierentransplantaten untersucht und deren Abhängigkeit von zwei Faktoren: der HLA-Kompatibilität und der Antikörperdynamik. Hierzu konnten Daten von 327 Patienten gesammelt werden, die zwischen 1991 und 1996 eine postmortale Spenderniere erhielten. Eine konventionelle Gewebetypisierung erfolgte mittels serologischer und molekularbiologischer Untersuchungen. Eine neue Matchingmethode wurde durchgeführt auf Ebene von Aminosäuren. Ein Antikörperscreening erfolgte vor und nach Transplantation mittels Lymphozytotoxtest und ELISA. Zur statistischen Bewertung benutzten wir die Kaplan-Meier-Methode zur Berechnung der Überlebenszeit und eine Cox Regression zur Berechnung des relativen Risikos. Bezüglich der Gewebeübereinstimmung konnten wir beim konventionellen Matching eine Tendenz feststellen, daß Patienten mit einer guten Übereinstimmung eine längere Transplantatüberlebenszeit zeigten, als Patienten mit einer schlechten Übereinstimmung. Beim Matching auf Aminosäureebene konnten keine Unterschiede in der Transplantatfunktion nachgewiesen werden. Bei Betrachtung des Antikörperverhaltens der Empfänger konnten wir signifikante Unterschiede nachweisen dahingehend, daß Nierentransplantierte mit einer Antikörperbildung eine schlechtere Transplantatüberlebenszeit besaßen als Patienten ohne Antikörpernachweis. Außerdem konnte gezeigt werden, daß Patienten mit vielen Transfusionen vor Transplantation eine signifikant kürzere Transplantatüberlebenszeit zeigten, als Patienten mit wenigen Transfusionen. Anhand unserer Ergebnisse empfehlen wir ein konventionelles Matching als Grundlage der Nierentransplantation. Ein Matching auf Ebene von Aminosäuren könnte zukünftig das konventionelle Match ergänzen oder ablösen. Außerdem empfehlen wir ein generelles Antikörperscreening der Empfänger vor und nach Transplantation, da Aussagen möglich werden zum Verlauf nach Transplantation und die immunsuppressive Therapie angepaßt werden kann. / In this study we examined the survival of kidney transplants and the influence of two factors: the hla-compatibility and the dynamics of antibodies. For this we collected full data of 327 Patients, who were transplanted with a postmortal kidney transplant between the years 1991-1996. A conventional tissue typing was done with serological and molecular biological tests. A new matching method was done at the level of amino acids. A screening for antibodies was done before and after transplantation using lymphocytotoxtest and ELISA. For statistical valuation we used the Kaplan-Meier-method for the calculation of the transplant survival time and a cox regression for the calculation of the relative risk. Regarding the tissue similarities at the conventional match we saw the trend of a longer transplant survival time at patients with a good match compared to patients with more missmatches. At matching at amino acid-level we couldn´t show any differences in the transplant survival time. By observing the dynamics of antibodies of the receiver we could show a significant difference: kidney transplant receivers developing antibodies show a shorter transplant survival time than patients, who didn´t develop antibodies. Additionally we could show that patients with many transfusions before transplantation have a significantly worser transplant function than patients with less transfusions. Resulting from our examinations we recommend a conventional matching as a basic for kidney transplantation. In future a matching at amino acid-level could supplement or replace the conventional match. Additionally we recommend an antibodyscreening of the transplant receivers before and after transplantation. A prediction for the posttransplant course will be possible and an individual adjustment of the immunsuppressive therapy.

Die Schädigung des Organs durch Ischämie-Reperfusion (IR) im Rahmen der kadaverischen Organtransplantation hat bedeutenden Anteil an der Pathogenese verzögert einsetzender Organfunktion und Auswirkungen auf das Langzeitüberleben des Transplantats. In der vorliegenden Studie sollte der Einfluss unspezifischer Schädigung durch IR verglichen mit spezifischen Alloantigen-abhängigen Mechanismen während der Frühphase nach der Transplantation sowie die Auswirkungen prolongierter Aufbewahrung auf Schädigung und Immunogenität des Organs ermittelt werden. Nach vorausgegangener vierstündiger kalter Ischämiezeit wurden Organe aus syngen (Lew/Lew) und allogen (F344/Lew) transplantierten Ratten an 8 aufeinander folgenden Zeitpunkten innerhalb der ersten 10 Tage zu funktionellen, immunhistochemischen und morphologischen Veränderungen untersucht. In weiteren Gruppen wurden syngen transplantierte Organe 24 Stunden nach der Transplantation untersucht, die zuvor ansteigenden kalten Ischämiezeiten zwischen 2 und 48 Stunden ausgesetzt wurden. Im zeitlichen Verlauf zeigten sich bis 7 Tage nach der Transplantation keine wesentlichen Unterschiede zu Nierenfunktion, Morphologie, Zellinfiltration und Expression von Adhesionsmolekülen zwischen allogenen und isogenen Gruppen. Die zunächst eintretende Verschlechterung der Nierenfunktion war begleitet von einem Einstrom neutrophiler und monozytärer Zellen und morphologischen Veränderungen im Sinne von akuter Tubulusnekrose (ATN). Unter zunehmender Infiltration von Monozyten/Makrophagen kam es funktionell und morphologisch zur Regeneration. Neutrophile traten vornehmlich über Interaktion von ICAM-1/LFA-1 und Monozyten/Makrophagen über VCAM-1/VLA-4 aus dem Gefäßsystem aus. Gabe von Cyclosporin A führte zu signifikanter Reduktion ED-1-positiver Makrophagen nach 10 Tagen, ohne jedoch den Anteil des aktivierten Makrophagensubtyps ED-2 zu beeinflussen. Ansteigende kalte Aufbewahrung des Organs führte zu größerer vaskulärer Schädigung, die sich durch abnehmende Intensität und lückenhaftere Verteilung von PECAM-1 auf dem Endothel äußerte. Die Zunahme der Intensität von Tissue Factor auf Endothel und infiltrierenden Leukozyten deutete neben gesteigerter Thrombogenese auf alternative Adhäsionsmechanismen hin. Diese Ergebnisse zeigen, dass innerhalb der ersten 10 Tage nach der Transplantation wichtige Phasen der Gewebeschädigung und Regeneration ausgelöst durch die Schädigung nach IR und weitestgehend ohne Beteiligung Alloantigen-abhängiger Faktoren ablaufen. Eine bedeutende Rolle als Mediatoren während dieser Phasen kommt dabei den Monozyten/Makrophagen zu. / Organ damage due to long cold preservation is associated with delayed graft function and has important effects on graft survival. Aim of this study was to determine the impact of ischemia-reperfusion (IR) injury compared to antigen-specific mechanisms and the effect of prolonged cold ischemia on intragraft injury and antigenicity during the early phase post transplantation. Rat renal grafts were four-hours cold-preserved, transplanted to syngeneic (Lew/Lew) or allogeneic recipients (F344/Lew) and harvested at 8 different time points after transplantation for further investigation of functional, immunhistochemical and histologic changes. In five additional syngen groups organs were cold preserved from 2 hours to 48 hours and harvested after 24 hours post transplantation. No significant differences in renal function, morphologic changes, cellular infiltration and expression of adhesion molecules occurred between syngeneic and allogeneic groups within the first 7 days. Initial functional impairment was accompanied by the influx of neutrophils and monocytes/macrophages together with morphologic changes reflecting acute tubular necrosis (ATN). Increasing infiltration of monocytes/macrophages paralleled functional and morphologic regeneration. Extravasation of neutrophils was mediated mainly by interaction of ICAM-1/LFA-1 and infiltration of monocytes/macrophages by VCAM-1/VLA-4. Treatment with the standard dose of Cyclosporin A (CsA) lead to a significant decrease of ED1-positive macrophage infiltration 10 days post NTx but the portion of ED2-positive macrophage subtype was not affected. Prolonged cold organ preservation lead to more severe vascular damage indicated by decreased color intensity and continuity of PECAM-1 staining on endothelial cells. Higher staining intensity for Tissue Factor (TF) on endothelium and infiltrating leukocytes implicated enhanced intragraft procoagulant capacity and alternative adhesion mechanisms. These results show that within the first 10 days post transplantation phases of tissue injury and repair after ischemia-reperfusion are largely independent of the immunologic background and monocytes/macrophages play an important role as mediators during these processes.

Trotz Inkrafttretens des ersten gesamtdeutschen Transplantationsgesetzes im Dezember 1997 steigt die Anzahl terminal niereninsuffizienter Patienten auf der Warteliste, ebenso wie die Wartezeit auf eine Nierentransplantation (NTX). Verschiedene Programme existieren, um der Organknappheit zu begegnen. Im Eurotransplant Senior Programm (ESP) werden seit 1999 Nieren älterer verstorbener Spender (65+) an ältere Empfänger (65+) unabhängig von der Gewebeübereinstimmung auf lokaler Ebene übertragen. Unsere Studien konnten zeigen, dass die Transplantat- und Empfängerüberlebensraten sich nicht von denen nach Transplantation jüngerer Spendernieren in alte Empfänger unterscheiden. Transplantatverlust im ESP tritt meist als Tod mit funktionierendem Transplantat auf. Dies ist die Folge vermehrt vorkommender Komorbiditäten in dieser Empfängergruppe und unterstreicht die Notwendigkeit einer intensiven prä-operativen Evaluation sowie engmaschigen Nachsorge. Zudem konnten wir zeigen, dass die Grundannahme einer verminderten Immunkompetenz älterer Empfänger nicht zutrifft. Eine Änderung der Allokationsregeln von Eurotransplant wird deshalb diskutiert, die auch im ESP die Gewebetypisierung berücksichtigt. Der Anteil der Lebendnierenspende (LNTX) in Deutschland hat sich in den vergangenen Jahren auf ca. 19% verdreifacht. An unserer Klinik macht sie ca. 30% der durchgeführten NTX aus. Zudem wird an unserer Klinik deutschlandweit die laparoskopische Spendernierenentnahme am häufigsten durchgeführt. Folge einer hier durchgeführten prospektiven Studie zur präoperativen Bildgebung der renalen Gefäßarchitektur des Spenders ist der Verzicht auf invasive Methoden. In weiteren Untersuchungen konnten wir zeigen, dass die Akzeptanz von Lebendspendern mit erweiterten Spenderkriterien gute Möglichkeiten bieten NTX-Programme zu intensivieren. In einer Lebensqualitätsstudie untersuchten wir erstmalig für den deutschen Sprachraum die postoperativen Verläufe von Lebendnierenspendern und konnten neben einer grundsätzlichen Zufriedenheit auch besondere Bedürfnisse aufdecken. Verschiedene Studien zur Laparoskopie in der LNTX, Handhabung und Optimierung dieses neuen Verfahrens sowie dessen Anwendbarkeit bei anatomischen Besonderheiten konnten zeigen, dass diese Methode ein sicheres Verfahren darstellt. Anhand unserer Erfahrungen in der LNTX haben wir zudem Empfehlungen zur Evaluation und Nachbetreuung von Lebendnierenspendern erarbeitet. Insgesamt sind das ESP und die LNTX, hier besonders die laparoskopische Spendernierenentnahme, effektive Konzepte zur Erweiterung der Nierentransplantationsprogramme. / Despite the implementation of a transplantation law in 1997 the number of patients with end-stage renal disease in Germany is rising, as is the waiting time for a kidney transplantation (KTX). Different programs exist to counterbalance organ shortage. The Eurotransplant Senior Programm (ESP), initiated in 1999, allocates kidneys of deceased donors aged 65 and older (65+) irrespective of tissue matching locally to recipients 65+. Our studies revealed that graft- and patient survival in this program are comparable to that after transplantation of young donor-kidneys in old recipients. Graft loss is mostly due to recipient death, which is a consequence of the co-morbidities of the recipient. Meticulous evaluation and intensified follow-up in this recipient-group are most important. Furthermore, despite the assumption of a reduced immunologic response of old recipients we could show that they are very well immunocompetent. Therefore, a change in allocation rules at Eurotransplant is discussed, possibly involving HLA-matches in the ESP. Living donor kidney transplantation (LDKTX) has increased three-fold over the last years and features about 19% of all hat KTX in Germany. In our department LDKTX features about 30% of all KTX and our department also performs the most laparoscopic explantations of living kidney donors in Germany. With regard to the preoperative donor evaluation we could show in a prospective study that non-invasive methods for renal vessel imaging are better than the standard invasive approach. Further research proved that applying extended donor criteria renders good results for graft and recipient and thus is a viable option to increase LDKTX. In the first German study on donors Quality of Life we mostly found satisfied donors and also could detect specific donor demands. For the laparoscopic approach we performed different studies on the technique, its improvement and peculiarities, proving that laparoscopic organ retrieval is a safe method in LDKTX. ESP and LDKTX, especially the laparoscopic organ retrieval, are effective concepts to increase the number of kidney transplantations.

Das zunehmende Durschnittsalter unserer Gesellschaft und der Mangel an Spenderorganen stellen bedeutende Herausforderungen für die Organtransplantation dar. Organe, die früher als "marginal" galten, werden heute routinemässig transplantiert. Gleichzeitig mit der Zunahme älterer Patienten auf der Warteliste steigt das Interesse an der Entwicklung von speziellen Allokations-Strategien. Basierend auf dem Konzept der Abstimmung des metabolischen Bedarfs des älteren Empfängers und der Kapazität der älteren Spenderniere entwickelte Eurotransplant daher das Eurotransplant Senior Program (ESP), welches im Januar 1999 gestartet wurde. Im Rahmen dieses Programms werden Nieren von über 65 Jahre alten Spendern lokal auf eine selektierte Gruppe über 65 Jahre alter, nicht immunisierter Empfänger übertragen. Das Ziel dieser 5-Jahres Analyse war es herauszufinden, ob das ESP erfolgreich seine Ziele erreicht hat, Organe von älteren Spendern optimal zu nutzen und die Zeit auf der Warteliste für ältere Empfänger zu verkürzen. Als Basis dienten Daten des Eurotransplant Information Systems (ENIS). Zusätzliche Informationen wurden für die ESP Patienten und zwei Kontrollgruppen mit entweder annähernd vergleichbarem Alter des Spenders (Kontrolle 1) oder des Empfängers (Kontrolle 2) erfasst. Insgesamt zeigt diese Auswertung, dass die Ziele des ESP erreicht wurden. Die Verfügbarkeit von älteren Spenderorganen wurde von 162 (10%) im Jahre 1998 auf 239 (fast 15%) im Jahre 2004 gesteigert. Die Wartezeit für ältere Empfänger verkürzte sich signifikant im Vergleich zu vor der Einführung des ESP und weiter im Verlauf der ersten 5 Jahre auf deutlich unter 4 Jahre, während sich die Wartezeit für Patienten in den Kontrollen die über ETKAS transplantiert wurden um bis zu einem Jahr verlängerte. Die kalte Ischämiezeit für ESP Patienten war signifikant kürzer mit etwa 12 im Vergleich zu ca. 17 Stunden für beide Kontrollen.Das Patienten- und Transplantatüberleben der Empfänger von Organen von über 65-jähriger Spendern wurde durch die ESP-Allokation, trotz 5-10% höherer Abstossungraten, nich negativ beeinflusst. Die Analyse der unabhängigen Risikofaktoren für akute Abstoßungsreaktionen weist darauf hin, dass ein verbessertes HLA matching unter Beibehaltung kurzer Ischämiezeiten möglicherweise von Vorteil wäre. / The aging society and the shortage of organs impose significant challenges to organ transplantation. As a result, organs previously considered marginal are now routinely used. At the same time, an increase in the number of elderly patients on renal transplant waiting lists has heightened interest in the development of special allocation strategies for these patients. As a result, Eurotransplant started the Eurotransplant Senior Program (ESP) in January 1999, an allocation scheme based on the concept of matching the metabolic demand of the recipient and the excretory capacity of the donor. The program obtaines kidneys from donors over 65 years and locally allocates them to a selected group of non-immunized patients in the same age group. The main objective of this evaluation was to find out if the allocation scheme is effective in using kidneys from elderly donors and if it shortens the waiting time for elderly patients. The Eurotransplant database was used as a starting point, and data added to the database by collecting additional information on the ESP patients, and on two control groups. The controls were observed over the same time period as the ESP patients, and matched them for either donor age (Control 1) or recipient age (Control 2). Overall, this 5-year analysis of the ESP shows that the objectives of the program have been met. The availability of elderly donors increased from 169 (10%) in 1998 to 239 (almost 15%) in 2004. The waiting time for elderly recipients transplanted within the ESP was successfully reduced compared to the waiting time before introduction of ESP and is now below 4 years, while waiting time in both control groups has increased by up to one year. The cold ischemia time for ESP patients was significantly shorter, with a mean of approximately 12 hours compared with over 17 hours in both control groups. Graft and patient survival in recipients of organs from donors age over 65 were not negatively impacted by the ESP allocation despite 5-10% higher acute rejection rates.Based on an analysis of independent risk factors the use of HLA matching instead of waiting time should be considered as an allocation criterion while maintaining a short cold ischemia time.

Trotz Fortschritte in den letzten Dekaden ist das Langzeitüberleben von Nierentransplantaten unzureichend. Die Personalisierung der Behandlung kann dabei zu erheblichen Verbesserungen führen. Vor diesem Hintergrund wurde eine Kohorte von 587 Patienten im ersten Jahr nach der Transplantation untersucht und ein breites Spektrum von Markern zur langfristigen Prognose etabliert. In dieser Dissertation beschreibe ich in vier Manuskripten und zwei Kapiteln meine Arbeit zur personalisierten Transplantationsmedizin. Der klinische Verlauf von Patienten nach Nierentransplantation wurde untersucht. Die wichtigen Komplikationen standen im Vordergrund: Virusreaktivierungen – insbesondere die BK- und Cytomegalieviren – und akute Abstoßung. Folgende Analysen wurden durchgeführt: (i) Systematische Analyse der Assoziationen zwischen Virusreaktivierungen und deren Einfluss auf das Transplantationsergebnis; (ii) Bewertung der Auswirkungen antiviraler Behandlungsstrategien auf die Transplantationsergebnisse; (iii) Entwicklung eines Tools zur Prätransplantations-Risikoeinschätzung der Abstoßung und (iv) Erstellung eines mathematischen Modells für die personalisierte Charakterisierung der Immunantwort gegen das BK-Virus. Zusammengenommen haben die vier Studien das Potenzial, (i) die Patientenversorgung zu verbessern, (ii) die Überwachung von Virusreaktivierungen zu optimieren, (iii) Präventionsstrategien gegen virale Reaktivierungen zu stratifizieren, (iv) die Behandlung der Patienten an das individuelle Risiko akuter Abstoßung anzupassen, und (v) zur Personalisierung der Immuntherapie beizutragen. Die Studien zeigen, wie das große Datenvolumen einer klinischen Studie zur Weiterentwicklung der personalisierten Medizin unter Einsatz effektiver Strategien für Datenmanagement, Analyse und Interpretation genutzt werden kann. Es ist zu erwarten, dass diese Ergebnisse die klinische Praxis beeinflussen und so das langfristige Überleben und die Lebensqualität der Patienten verbessern. / In spite of the developments in the last decades, long-term graft survival rates in kidney transplantation are still poor: Personalization of treatment can thereby lead to a drastic improvement in long-term outcomes. With this goal, a cohort of 587 patients was characterized for a wide range of markers during the first post-transplantation year to assess their long-term prognosis. Here, I describe along four manuscripts and two chapters my work on personalized medicine for renal transplantation. In detail, we have studied the clinical evolution of patients with emphasis on two most relevant complications: viral reactivations – particularly those of BK virus and cytomegalovirus – and acute rejection. We have analysed in depth these phenomena by (i) exhaustively analysing the associations between different viral reactivations and their influence on transplantation outcome, (ii) evaluating the effects of antiviral treatment strategies on viral reactivation and other transplantation outcomes with emphasis on sex-associated differences, (iii) developing a tool for the pre-transplantation risk assessment of acute cellular rejection, and (iv) creating a mathematical model for the personalized characterization of the immune response against the BK virus under immunosuppression. Taken together, these studies have the potential of improving patient care, optimizing monitoring of viral reactivations, stratifying antiviral prevention strategies, tailoring immunosuppression and monitoring to the individual risk of acute rejection, and contributing to personalization of immunotherapy. They demonstrate how the large volume of data obtained within a clinical study can be employed to further the development of personalized medicine, employing effective data management, analysis and interpretation strategies. We expect these results to eventually inform clinical practice, thereby improving long-term survival and quality of life after kidney transplantation.