Die Herztransplantation ist der Goldstandard der Therapie der terminalen Herzinsuffizienz. Dank einer über 50-jährigen Erfahrung und stetig verbesserten postoperativen Therapiestrategien konnte die mittlere Überlebenszeit auf 12,2 Jahre verlängert werden. Nichtsdestotrotz limitieren die Nebenwirkungen der immunsuppressiven Therapie einerseits und die Folgen einer chronischen Abstoßungsreaktion andererseits bis heute das Langzeitüberleben herztransplantierter Patienten. Einen vielversprechenden Lösungsansatz dieser Problematik stellt dabei die Induktion von Immuntoleranz dar, um sowohl chronische Abstoßung zu vermeiden, als auch den Einsatz von Immunsuppressiva zu reduzieren. Da diese Problematik auch nach der Transplantation anderer Organe eine zentrale Rolle einnimmt, rückte die Induktion von Immuntoleranz in den letzten Jahren zunehmend in den Blick internationaler Forschungsgruppen. Während bestimmte Zellpopulationen und Medikamentenkombinationen als toleranzinduzierend identifiziert wurden, blieb der genaue Mechanismus der Toleranzentstehung jedoch bis heute ungeklärt. Um einen weiteren Beitrag in diesem Bereich der Forschung zu leisten, wurden in der vorliegenden Studie Patienten vor und nach Herztransplantation in zwei Studienarmen untersucht. Ziel war es, zum einen die Zellpopulationen und Konstellationen des Immunstatus zu erkennen, die einen abstoßungsfreien Verlauf nach Herztransplantation ermöglichen. Zum anderen sollte der Vergleich von Patienten mit unterschiedlichen immunsuppressiven Therapieschemata zeigen, welchen Einfluss diese auf ausgewählte immunologische Zellpopulationen und den Immunstatus der Patienten haben. Die Ergebnisse dieser Studie werden zur Entwicklung eines klinischen Monitoringinstrumentes zur Messung des Toleranzstatus nach Herztransplantation beitragen. Zu diesem Zweck wurden Blutproben von 80 Patienten verteilt auf drei Patientenkollektive untersucht. Unter der Verwendung von Durchflusszytometrie, Multiplexanalyse und ELISA wurden im kardiochirurgische Forschungslabor des Herzzentrums Leipzig quantitativ und qualitativ zirkulierende regulatorische T-Zellen und dendritische Zellen, sowie die Serumspiegel von Zytokinen gemessen. Zusätzlich wurden demografische und klinische Daten mit Hilfe der Patientendatenbank der Klinik erhoben. Zur statistischen Auswertung wurde neben dem quantitativen Vergleich der Zellpopulationen und ihrer Subpopulationen die Analyseverfahren der Hauptkomponentenanalyse und der Clusteranalyse genutzt. Im Vergleich der Patienten, die auf eine Herztransplantation warten, und Langzeittransplantierten zeigte sich eine Abnahme der regulatorischen T-Zellen und dendritischen Zellen nach Transplantation. Bei den dendritischen Zellen hingegen erhöhte sich der Anteil der plasmazytoiden dendritischen Zellen nach Transplantation. Zudem konnte bei den Patienten vor Herztransplantation ein höherer Spiegel an Interleukin 4 und 10 sowie an Interferon γ gemessen werden, jedoch ein niedrigerer Spiegel an Interleukin 2. Ein größerer Anteil der regulatorischen T-Zellen konnte in der Gruppe mit mTOR Inhibitoren behandelter Patienten im Vergleich zu Calcineurininhibitoren behandelter Patienten gemessen werden. Außerdem zeigten die Patienten unter mTOR Inhibitor Therapie eine größere Population an CD39+ regulatorischen T-Zellen. Diese stellen eine stabilere und effektiver wirkende Subpopulation der regulatorischen T-Zellen dar. Die gemessenen Zytokinspiegel unterschieden sich ebenso stark in beiden Gruppen. Des Weiteren wurden die in der Hauptkomponentenanalyse ermittelten vier Parameter mit der höchsten Aussagekraft für die Unterscheidung zwischen der mTOR-Inhibitor- und Calcineurininhibitoren-Gruppe zur Analyse der Patienten mit und ohne Abstoßungsreaktion innerhalb einer Gruppe verwendet. Dabei konnte gezeigt werden, dass für Patienten mit mTOR-Inhibitor-basierter Immunsuppression ein hoher Anteil regulatorischer T-Zellen ein schützender Faktor für die Vermeidung von Abstoßungsreaktionen zu sein scheint. Im Gegensatz dazu deuten die Ergebnisse darauf hin, dass für Patienten mit Calcineurininhibitoren-basierter Therapie die plasmazytoiden dendritischen Zellen für die Abstoßungsprophylaxe bedeutender zu sein scheinen.

Kardiochirurgische Eingriffe unter Einsatz der Herzlungenmaschine führen über die Sekretion proinflammatorischer Mediatoren im allgemeinen zu einer systemischen Entzündung (SIRS). Um das Ausmaß zu begrenzen, wird diese von einer systemischen Gegenregulation (CARS) begleitet, die mit zunehmender Ausprägung den Organismus anfällig für sekundäre Infektionen macht. Septische Krankheitsbilder zählen zu den häufigsten Todesursachen auf operativen Intensivstationen mit jährlichen Kosten in Milliardenhöhe. Gerade die Früherkennung ist klinisch von größter Wichtigkeit. Bei der Suche nach neuen Infektionsmarkern ist das Verständnis der immunologischen Grundlagen eine Grundvoraussetzung. In dieser Studie sollte untersucht werden, ob das Modell "systemische Immunaktivierung - Gegenregulation mit Immundepression - hohe Infektanfälligkeit" auf Risikopatienten nach Herzchirurgie übertragen werden kann. Außerdem sollte untersucht werden, ob ein standardisiertes Immunmonitoring in der Lage ist, bei diesen Patienten Infektionen frühzeitig vor klinischer Manifestation vorherzusagen, und ob diese neuen Immunparameter konventionellen Routine-Infektionsmarkern (SIRS-Kriterien, CRP) in ihrer diskriminativen Aussagekraft überlegen sind. Die Ergebnisse zeigen, dass das Modell an diesem Patientenkollektiv bestätigt werden kann. Die Immunaktivierungsmarker total-IL-8 (nach Erythrozytenlyse), PCT und ex vivo Elastase, sowie das antiinflammatorische IL-10 im Plasma und der Immunkompetenzmarker HLA-DR auf Monozyten zeigten am 1. postoperativen Tag ein hohes diskriminatives Potential, Infektionen im 6-tägigen postoperativen Verlauf vorherzusagen. Analysen der ROC-Kurven ergaben für HLA-DR eine AUC von 0,75, die AUC von total-IL-8 betrug 0,73, ex vivo Elastase erreichte 0,72, und PCT und IL-10 kamen jeweils auf 0,68. Dagegen konnten konventionelle Infektionsmarker nicht signifikant zwischen Patienten mit versus ohne postoperativer Infektion unterscheiden (CRP), beziehungsweise errechnete sich für 2 positive SIRS-Kriterien eine AUC von nur 0,66. Durch die bei einem solchen Patientenkollektiv erstmalige Verwendung hochstandardisierter Messverfahren (exakte Quantifizierung von Oberflächenmolekülen, semi-automatisches ELISA-System) wurde neben einer besseren Quantifizierung der gestörten Homöostase zwischen Inflammation und Antiinflammation eine wichtige Voraussetzung für die klinische Etablierung dieser neuen Marker geschaffen. Auf dieser Basis lassen sich früh identifizierte Risikopatienten adjuvanten Therapieversuchen zuführen. / Basically, cardiac surgery involving cardiopulmonary bypass leads to systemic inflammation (SIRS) by the secretion of proinflammatory mediators. In order to limit its extend, systemic inflammation is associated with systemic counter-regulation (CARS), which, under some circumstances, may lead to high susceptibility of the organism to secondary infections. Septic disease is among the most common causes of death in surgical ICUs, the costs are estimated at several billion Euros per year. The early diagnosis in particular is of great importance clinically. Understanding of the immunologic principles is a basic assumption with regard to finding new markers of infection. This study was performed to determine whether the model "systemic immune activation - counter-regulation and immune depression - high susceptibility to infections" could be transferred to risk patients after cardiac surgery. In addition, a standardized immune monitoring program should be examined regarding its ability to predict infection in this patient population before clinical manifestation. It should also be determined if these new parameters have more discriminative power than conventional routine markers of infection (SIRS, CRP). The results show that this model can be confirmed in this patient collective. On the 1st postoperative day markers of immune activation, total-IL-8 (after lysis of erythrocytes), PCT and ex vivo elastase, as well as anti-inflammatory IL-10 in plasma and the marker of immune competence, HLA-DR on monocytes, have high discriminative potential to predict infections during the 6-day postoperative course. AUCs of the ROC were 0.75 for HLA-DR, 0.73 for total-IL-8, 0.72 for ex vivo elastase, 0.68 for both PCT and IL-10. On the other hand, conventional markers of infection were not able to discriminate significantly between patients with infection versus those without (CRP), or they only had an AUC of 0.66 (for 2 positive SIRS criteria). By using well-standardised laboratory methods (exact quantification of surface molecules, semi-automatic ELISA-system), which were used for the first time in such a patient collective, an important basis for clinical establishing these new markers was created, in addition to a better quantification of the immunologic unbalance (inflammation versus anti-inflammation). Thus, it is possible to supply early identificated risk patients for adjuvant therapy trials.