Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2005. / Available online via OhioLINK's ETD Center; full text release delayed at author's request until 2006 Dec 22

Proefschrift Maastricht. / Met lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

No description available.

Graft-versus-Host Disease (GvHD) stellt einen häufigen, den Gesamterfolg einer allogenen hämatopoetischen Stammzelltransplantation limitierenden Faktor dar. Bei dieser Komplikation attackieren vor allem alloreaktive T-Lymphozyten des Stammzellspenders gesunde Körperzellen des Patienten. Infolgedessen kommt es zu Gewebeschäden in den Zielorganen Haut, Leber und Darm. Die Behandlung der GvHD erfordert eine effektive Immunsuppression, was wiederum Graft-versusTumor-Effekte kompromittiert und den Rückfall der malignen Grunderkrankung bedingen kann. Viele Patienten sprechen aus bisher ungeklärten Gründen nicht auf die klassische immunsuppressive Therapie mit Steroiden oder second-line Therapien an. Neue zelluläre Therapien zur Behandlung der refraktären GvHD sind auf dem Vormarsch, bedürfen aber einer weiterführenden klinischen Testung, auch um die exakten Wirkungsmechanismen zu verstehen. Idealerweise könnten neue Testsysteme das GvHD-Potential von allogenen Stammzellpräparaten oder aber das immunsuppressive Potential von neuen GvHD-Therapien vorhersagen, bevor diese in klinischen Studien eingesetzt werden. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein erstes, in multiplen Replikaten einsetzbares, humanes organotypisches Gewebemodell zur Simulation einer GvHD-Reaktion am Beispiel der Haut zu etablieren. Zu diesem Zweck wurden artifizielle humane Hautmodelle unter statischen (KollagenHautmodelle) und dynamischen Kulturbedingungen (vaskularisierte Hautmodelle) generiert. Die Injektion unstimulierter PBMCs (engl. peripheral blood mononuclear cells) führte zu keinen histomorphologischen Veränderungen in den KollagenHautmodellen. Im Gegensatz dazu hatte die Injektion vorstimulierter allogener PBMCs eine Zerstörung der epidermalen Strukturen der Kollagen-Hautmodelle zur Folge, welche vergleichbar waren mit Gewebeschäden bei einer akuten GvHD der Haut. Dieselben Schädigungen der Epidermis wurden durch die Injektion von Mediumüberständen vorstimulierter PBMCs in die Kollagen-Hautmodelle erreicht. Im Kulturmedium der Kollagen-Hautmodelle wurden hohe Konzentrationen von Interleukin 2 und 17, Interferon gamma sowie Tumornekrosefaktor alpha gemessen, wodurch auf die Beteiligung von Zytokinen an der inflammatorischen Reaktion geschlossen werden konnte. Auch im komplexeren vaskularisierten Hautmodell verursachte die Injektion vorstimulierter PBMCs histomorphologische Veränderungen entsprechend einer akuten Haut-GvHD sowie einen zeitabhängigen Anstieg proinflammatorischer Zytokine. Zusammenfassend zeigen die Resultate dieser Arbeit, dass die Induktion einer starken Inflammations- und Immunreaktion in artifiziellen humanen Hautmodellen, welche histomorphologisch eine GvHD imitiert, möglich ist. Dieses Modell könnte als Grundlage für die Entwicklung eines klinisch relevanten Testsystems zur Bestimmung des GvHD-Restpotentials oder zur Festlegung der immunsuppressiven Kapazität innovativer Zellpräparate dienen. Somit könnten humane artifizielle GvHDModelle in klinischen Studien eingesetzt werden und die Erfahrungen aus Tiermodellen ergänzen sowie erste in vitro Ergebnisse im humanen System liefern, welche dann mit dem tatsächlichen klinischen Resultat verglichen werden könnten. / Graft-versus-Host Disease (GvHD) remains the most important limiting factor for the success of allogeneic hematopoietic stem cell transplantation. This major complication is caused by alloreactive donor T-lymphocytes that attack healthy tissues of the recipient leading to severe tissue damage within the target organs skin, liver and gut. Treatment of GvHD requires effective immunosuppression, which in turn impairs Graft-versus-Tumor activity and enhances the risk for relapse of the malignant disease. However, for still unknown reasons many patients do not respond to standard immunosuppressive therapy with steroids or to second-line therapies. Development of novel cellular therapies that gain more and more clinical relevance due to their high anti-tumor potency lead to a strong demand for advanced test platforms to further investigate their underlying functional mechanisms and exclude off-tumor effects against healthy tissues. Ideally, new test systems could be used for the prediction of the GvHD potential of allogeneic stem cell products or for prediction of an immunosuppressive potential of novel GvHD therapies before entering clinical studies. The aim of this study was to establish a GvHD test system based on human organotypic skin models allowing the simulation of GvHD reactions in the skin in multiple replicates. To this end, artificial human skin models were generated under static (collagen skin model) and dynamic culture conditions (vascularized skin model). Injection of unstimulated peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) did not cause histomorphological changes in collagen skin models. In contrast, injection of prestimulated PBMCs resulted in disruption of the epidermis of collagen skin models mimicking acute skin GvHD. The same disruption of the epidermal layer was observed using cell culture supernatants of prestimulated PBMCs, suggesting the involvement of proinflammatory cytokines. Indeed, measurement of cytokine levels in culture supernatants revealed an increase of interleukin 2 and 17, interferon gamma and tumor necrosis factor alpha. In addition, injection of prestimulated PBMCs into more complex vascularized skin models also caused disruption of the epidermal layer and an increase of proinflammatory cytokine levels in a time dependent manner. Taken together, these findings demonstrate that it is possible to induce a strong immune reaction and inflammatory tissue damage in artificial human skin models mimicking histomorphological patterns of acute skin GvHD. Therefore, this model could contribute to the development of a clinically relevant GvHD test platform for prediction of the GvHD potential or immunosuppressive capacity of innovative cell products. Thus, artificial human GvHD models may be employed in clinical studies in order to gain first in vitro results in a human system and to extend information from animal models, which can then be compared to the actual clinical outcome.

T cell infiltration into the intestine occurs after priming and activation in the mesenteric lymph nodes and Peyer’s patches and subsequent trafficking via the blood circulation. We hypothesized that additionally to the vascular trafficking route, a fraction of T cells in the Peyer’s patches directly migrate into the adjacent lamina propria of the small intestine. To test this hypothesis, we employed a mouse model of acute Graft-versus-Host Disease to study the direct T cell migration from the Peyer’s patches to the adjacent lamina propria. First, we analyzed the border of Peyer’s patches on histological sections and found that the Peyer’s patch is not enclosed by a capsule or basement membrane. Thus, the tissue architecture allows for direct access to the surrounding tissue. With whole-mount light sheet fluorescence microscopy we quantified a three-dimensional gradient of T cells around Peyer’s patches on day 2.5 and day 3 after transplantation. This gradient evened out at day 4 and day 6 when high numbers of T cells started to evenly infiltrate the intestine from the blood circulation. We confirmed that gradient-forming T cells around Peyer’s patches resided within the tissue parenchyma of the lamina propria and not inside lymphatic vessels. To positively prove that the recently activated donor T cells around Peyer’s patches have egressed directly from that patch, we established a protocol for intravital photoconversion of T cells inside Peyer’s patches. 12 h after photoconversion inside a single Peyer’s patch, photoconverted T cells resided only around this particular Peyer’s patch and not elsewhere in the small intestine. This indicated that the T cells did not infiltrate via the blood but migrated to the adjacent lamina propria of the small intestine. Dynamic intravital two-photon microscopy revealed that these T cells next to the Peyer’s patch migrated in a random pattern. This suggested that these cells did not follow a positive chemoattractive gradient once they had reached the lamina propria. Laser-capture microdissection combined with RNA sequencing of the mucosa near the Peyer’s patch identified a wide range of migration-promoting factors. These included chemokines, co-stimulatory receptors and migration-associated intracellular molecules, which are candidates to promote this direct migration from Peyer’s patches. Altogether, we demonstrate for the first time that additionally to the vascular trafficking route, a fraction of T cells migrates directly from the Peyer’s patch to the surrounding mucosa. This mechanism implies so far unrecognized regional specification of Peyer’s-patch-primed T cells. Our findings may impact treatment strategies to avoid intestinal inflammation or foster immunity after oral vaccination. / T-Zell Infiltration in den Darm erfolgt nach Primen und Aktivierung in den mesenterialen Lymphknoten und Peyerschen Plaques durch Rezirkulation über die Blutbahn. Wir stellten die Hypothese auf, dass zusätzlich zur vaskulären Route ein Teil der T-Zellen im Peyerschen Plaque direkt in die angrenzende Lamina propria des Dünndarms wandert. Um diese Hypothese zu testen, setzten wir ein Mausmodell für eine akute Graft-versus-Host Reaktion ein, um die direkte Migration von T Zellen aus den Peyerschen Plaques in die angrenzende Lamina propria zu untersuchen. Zuerst analysierten wir die Randzonen um die Peyerschen Plaques mit histologischen Schnitten und konnten bestätigen, dass der Peyersche Plaque von keiner Kapsel oder Basalmembran umschlossen ist, sodass die Gewebearchitektur den direkten Zugang des umliegenden Gewebes zulässt. Mithilfe der Lichtblatt-Fluoreszenzmikroskopie von Dünndarm-Komplettpräparaten quantifizierten wir einen dreidimensionalen T-Zell Gradienten um Peyersche Plaques an den Tagen 2,5 und 3 nach allogener Stammzelltransplantation. Dieser Gradient verschwand zwischen an Tag 4 und Tag 6, als eine hohe Anzahl an T-Zellen begann, den Darm gleichmäßig über die Blutbahn zu infiltrieren. Wir bestätigten, dass die Gradienten-bildenden T-Zellen im Gewebe der Lamina propria und nicht in lymphatischen Gefäßen saßen, um zirkulierende Zellen von der Gradientenbildung auszuschließen. Um direkt zu beweisen, dass die T-Zellen um dem Peyerschen Plaque unmittelbar aus diesem Plaque ausgewandert sind, haben wir ein Protokoll für intravitale Photokonversion von T-Zellen im Peyerschen Plaque etabliert. 12 h nach der Photokonversion in einem einzelnen Peyerschen Plaque befanden sich die T-Zellen nur um diesen bestimmten Plaque herum. Dies zeigt, dass die T-Zellen das Gewebe nicht über die Blutbahn infiltrierten, sondern direkt in die angrenzende Lamina propria des Dünndarms gewandert waren. Dynamische intravitale Zweiphotonenmikrokopie offenbarte, dass diese T-Zellen um den Peyerschen Plaque nach zufälligem Schema wanderten. Dies legte nahe, dass diese T-Zellen keinem positiven Chemokingradienten folgten, sobald sie die Lamina propria erreicht hatten. Laser-Mikrodissektion kombiniert mit RNA-Sequenzierung der Mukosa nahe des Peyerschen Plaques identifizierte eine große Auswahl an migrationsfördernden Faktoren. Hierunter waren Chemokine, kostimulatorische Rezeptoren und intrazelluläre migrationsassoziierte Moleküle, welche Kandidaten sind, diese direkte Migration aus den Peyerschen Plaques zu fördern. In dieser Arbeit zeigen wir erstmalig, dass zusätzlich zur vaskulären Route ein Teil der T Zellen direkt vom Peyerschen Plaque in die umliegende Mukosa wandert. Dieser Mechanismus impliziert bislang unerkannte regionale Spezialisierung von T Zellen, welche in Peyerschen Plaques aktiviert wurden. Diese neuen Befunde können zukünftige Behandlungsstrategien gegen intestinale Entzündungserkrankungen oder für Immunreaktionen nach oraler Impfung beeinflussen.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden 72 pädiatrische Patienten, die eine allogene Stammzelltransplantation erhielten, auf die Spender- und Empfänger-Zytokinpolymorphismen TNF-α, TGF-β1, IL-10, IL-6 und IFN-γ untersucht. Die Proben wurden mittels DNA-Extraktion, sequenzspezifischer PCR und Gelelektrophorese analysiert und auf deren Einfluss auf die Entstehung und den Verlauf maligner Erkrankungen sowie auf die Entstehung einer GvHD untersucht. / Within the scope of this work, 72 pediatric patients who received allogeneic stem cell transplantations were examined for the donor and recipient cytokine polymorphisms TNF-α, TGF-β1, IL-10, IL-6 and IFN-γ. We analyzed the samples by means of DNA extraction, sequence-specific PCR and gel electrophoresis and investigated their influence on the development and course of malignant diseases as well as on the development of a GvHD.

Alloreactivity between donor cells against disparate host tissue is a natural and normal physiologic phenomenon after engraftment. Consequently, GVHD is a universally expected side effect after allogeneic HSCT. An effective strategy to prevent severe or fatal acute GVHD is require if the transplant is to be successful. The HSCT field has witnessed significant progress in the prevention and treatment of acute GVHD. However, select interventions come at the cost of losing the alloimmune activity that prevents relapse, the GVL effect, as many of the mechanisms which cause GVHD are shared with those responsible for GVL. Current efforts are focused on therapeutic interventions that not only alleviate the burden of acute GVHD but does so in a way that maintains the GVL effect. This review will provide an up-to-date overview of our current understanding of the diagnosis, risk stratification, immunobiology of acute GVHD, summarize efforts to prevent and treat the disease, and provide a perspective on future directions.

No description available.

Graft-versus-host disease (GvHD) remains one of the major complications following allogeneic haematopoietic stem cell transplantation (allo-HSCT). GvHD can occur in almost every tissue, with the skin, liver, and intestines being the mainly affected organs. T cells are implicated in initiating GvHD. T cells identify a broad range of antigens and mediate the immune response through receptors on their surfaces (T cell receptors, TCRs). The composition of TCRs within a T cell population defines the TCR repertoire of an individual, and this repertoire represents exposure to self and non-self proteins. Monitoring the changes in the TCR repertoire using TCR sequencing can provide an indication of the dynamics of a T cell population. Monitoring the frequency and specificities of specific TCR clonotypes longitudinally in different conditions and specimens (peripheral blood, GvHD-affected tissue samples) can provide insights into factors modulating immune reactions following allogeneic transplantation and will help to understand the underlying mechanisms mediating GvHD. This review provides insights into current studies of the TCR repertoire in GvHD and potential future clinical implications of TCR sequencing.

No description available.