In acute graft-versus-host disease (GVHD) alloreactive donor T cells selectively damage skin, liver, and the gastrointestinal tract while other organs are rarely affected. The mechanism of this selective target tissue infiltration is not well understood. We investigated the importance of alloantigen expression for the selective organ manifestation by examining spatiotemporal changes of cellular and molecular events after allogeneic hematopoietic cell transplantation (allo-HCT). To accomplish this we established a novel multicolor light sheet fluorescence microscopy (LSFM) approach for deciphering immune processes in large tissue specimens on a single-cell level in 3 dimensions. We combined and optimized protocols for antibody penetration, tissue clearing, and triple-color illumination to create a method for analyzing intact mouse and human tissues. This approach allowed us to successfully quantify changes in expression patterns of mucosal vascular addressin cell adhesion molecule–1 (MAdCAM-1) and T cell responses in Peyer’s patches following allo-HCT. In addition, we proofed that LSFM is suitable to map individual T cell subsets after HCT and detected rare cellular events. We employed this versatile technique to study the role of alloantigen expression for the selective organ manifestation after allo-HCT. Therefore, we used a T cell receptor (TCR) transgenic mouse model of GVHD that targets a single peptide antigen and thereby mimics a major histocompatibility complex (MHC)-matched single antigen mismatched (miHAg-mismatched) HCT. We transplanted TCR transgenic (OT-I) T cells into myeloablatively conditioned hosts that either express the peptide antigen ovalbumin ubiquitously (βa-Ova) or selectively in the pancreas (RIP-mOva), an organ that is normally not affected by acute GVHD. Of note, at day+6 after HCT we observed that OT-I T cell infiltration occurred in an alloantigen dependent manner. In βa-Ova recipients, where antigen was ubiquitously expressed, OT-I T cells infiltrated all organs and were not restricted to gastrointestinal tract, liver, and skin. In RIP-mOva recipients, where cognate antigen was only expressed in the pancreas, OT-I T cells selectively infiltrated this organ that is usually spared in acute GVHD. In conditioned RIP-mOva the transfer of 100 OT-I T cells sufficed to effectively infiltrate and destroy pancreatic islets resulting in 100% mortality. By employing intact tissue LSFM in RIP-mOva recipients, we identified very low numbers of initial islet infiltrating T cells on day+4 after HCT followed by a massive T cell migration to the pancreas within the following 24 hours. This suggested an effective mechanism of effector T cell recruitment to the tissue of alloantigen expression after initial antigen specific T cell encounter. In chimeras that either expressed the model antigen ovalbumin selectively in hematopoietic or in parenchymal cells only, transplanted OT-I T cells infiltrated target tissues irrespective of which compartment expressed the alloantigen. As IFN-γ could be detected in the serum of transplanted ovalbumin expressing recipients (βa-Ova, βa-Ova-chimeras and RIP-mOva) at day+6 after HCT, we hypothesized that this cytokine may be functionally involved in antigen specific OT-I T cell mediated pathology. In vitro activated OT-I T cells responded with the production of IFN-γ upon antigen re-encounter suggesting that IFN-γ might be relevant in the alloantigen dependent organ infiltration of antigen specific CD8+ T cell infiltration after HCT. Based on these data we propose that alloantigen expression plays an important role in organ specific T cell infiltration during acute GVHD and that initial alloreactive T cells recognizing the cognate antigen propagate a vicious cycle of enhanced T cell recruitment that subsequently culminates in the exacerbation of tissue restricted GVHD. / In der akuten Graft-Versus-Host Disease (GVHD) infiltrieren allogene Spender T Zellen Haut, Leber und den Magen-Darm-Trakt des Empfängers und attackieren das Gewebe. Andere Organe sind dagegen interessanterweise nur selten betroffen. Die Mechanismen dieser selektiven Organinfliltration sind bisher weitestgehend unbekannt. In meiner Dissertationsarbeit untersuchte ich den Einfluss der Alloantigenexpression auf die selektive Organmanifestation während der GVHD. Um komplexe Immunprozesse die nach allogener Stammzelltransplantation auftreten, besser zu verstehen, entwickelten wir eine Lichtblattmikroskopietechnik (LSFM) die zelluläre und molekulare Veränderungen im intakten Gewebe detektieren kann. Wir etablierten eine neuartigen mehrfarben LSFM-Methodik, die es ermöglicht, Immunprozesse in großen Gewebsstücken von Maus und Mensch in Einzelzellauflösung dreidimensional darzustellen. Dazu kombinierten und optimierten wir Protokolle, um eine Penetration von Antikörpern tief in das Gewebe sowie die Aufklärung und die dreifache Beleuchtung des Gewebes zu ermöglichen. Diese Methode erlaubte uns die erfolgreiche Quantifizierung der Proteinexpression des Adressins mucosal vascular addressin cell adhesion molecule–1 (MAdCAM-1) als auch die Quantifizierung der T Zell Antwort im intakten Peyer’s Plaque nach allogener hämatopoetischer Transplantation (HCT). Weiterhin konnten wir die Methode zur Untersuchung der Migration unterschiedlicher T Zell-Subpopulationen nach HCT erfolgreich einsetzen und konnten einzelne, organinfiltrierende Zellen detektierten und quantifizieren. Wir benutzten die LSFM Methode um den Einfluss der Alloantigenexpression auf die selektive Organmanifestation zu studieren. Dazu verwendeten wir ein Transplantationsmodell, in dem der Haupthistokompatibilitätskomplex übereinstimmt (MHC-matched) und eine Diskrepanz nur in einem einzelnen Peptid Antigen (miHAG-mismatch) zwischen Spender und Empfänger bestand. Wir transplantierten T Zell Rezeptor (TCR) transgene (OT-I) T Zellen in myeloablativ bestrahlte Empfänger, die das Peptidantigen Ovalbumin entweder in allen Geweben (βa-Ova) oder selektiv in der Bauchspeicheldrüse (RIP-mOva) exprimieren. Die Bauchspeicheldrüse ist ein Organ, das normalerweise nicht von der akuten GVHD betroffen ist. An Tag 6 nach allogener HCT waren alle Organe die das Alloantigen exprimieren auch von Spender T Zellen infiltriert. In myeloablativ bestrahlten RIP-mOva Empfängern reichten bereits 100 transferierte OT-I T Zellen aus, um Alloantigen-exprimierende pankreatische Inselzellen zu zerstören. Dies führte zu einer Mortalität von 100% der Empfänger und spricht für eine sehr effiziente Alloantigendetektion und Gewebsinfiltration durch die Spender T Zellen. Um die Kinetik der Organinfiltration der Spender T Zellen detailliert zu untersuchen, verwendeten wir die neue Lichtblattmikroskopietechnik, welche die Analyse intakter Organe ermöglicht. In RIP-mOva Empfängern identifizierten wir erste wenige Spender T Zellen im Pankreas an Tag 4 nach Transplantation, gefolgt von einer massiven Pankreasinfiltration durch Spender T Zellen innerhalb von 24 Stunden. Dies deutet auf eine gezielte Rekrutierung der Spender T Zellen nach erstem Antigenkontakt in das Gewebe mit Alloantigenexpression. Um zu untersuchen, ob die Alloantigenexpression vom parenchymalen Gewebe oder aber durch hämatopoetische Zellen zur spezifischen Organinfiltration führt, transplantierten wir OT-I T Zellen in chimäre Empfänger, in denen das Alloantigen entweder nur im Gewebsparenchym oder ausschließlich von hämatopoetischen Zellen exprimiert wird. An Tag 6 nach der allogenen HCT fanden wir Spender T Zellen in allen Geweben, unabhängig davon welches Empfängerzellkompartment das Alloantigen präsentierte. Wir detektierten hohe IFN-γ-Werte im Serum von Ovalbumin exprimierenden Empfänger (βa-Ova, βa- Ova-Chimären und RIP-mOva). Weiterhin fanden wir, dass nach erneutem Kontakt mit dem spezifischen Alloantigen, OT-I T Zellen die in vitro aktiviert wurden, IFN-γ produzierten. Wir schließen aus diesen Beobachtungen, dass für die antigenabhängige Gewebeinfiltration IFN-γ wichtig ist. Zusammenfassend postulieren wir, dass die Alloantigenexpression im Gewebe eine wichtige Rolle in der organspezifischen Infiltration durch Spender T Zellen spielt, und dass T Zellen die Alloantigen spezifisch erkennen, dafür verantwortlich sind, dass weitere Effektor-T Zellen in das Gewebe rekrutiert werden.

Sjuksköterskan bör ha kunskap om begreppet livskvalitet för att kunna bemöta patienter som genomgått en levertransplantation, då den upplevda livskvalitén är betydelsefull för patienterna. Syftet var att beskriva livskvalitet hos patienter som genomgått en levertransplantation. Studien är genomförd som en litteraturstudie där 12 vetenskapliga artiklar har granskats. Resultatet visar att den upplevda livskvalitén hos levertransplanterade patienter är relativt god men det finns delar av livskvalitén som påverkas negativt efter levertransplantationen. Livskvalitén påverkas av fysiska, psykiska och sociala aspekter. De delar som påverkade livskvalitén positivt var familjen, att kunna återvända till det yrkesverksamma livet och att få en chans till ett nytt liv. Negativa aspekter som framkom i resultatet var bland annat förlorad autonomi, fysisk inaktivitet och en känsla av utanförskap i samhället. Vidare omvårdnadsforskning inom området livskvalitet relaterat till levertransplantation bör utföras. Sjuksköterskor behöver utbildning i ämnet för att i omvårdnadsarbetet kunna främja och bevara patienters livskvalitet. / The nurse should have knowledge of the concept of quality of life to respond to patients who underwent a liver transplant, when the perceived quality of life is important for patients. The aim was to describe the quality of life in patients undergoing a liver transplant. The study was conducted as a literature review of 12 scientific papers that have been reviewed. The results show that the perceived quality of life in liver transplant patients is relatively good but there are elements of quality of life adversely affected by post-liver transplant. Quality of life is affected by physical, psychological and social aspects. The elements affecting the quality of life positively were the family, ability to return to the working life and to get a chance to start a new life. Negative aspects that emerged from the results included the loss of autonomy, physical inactivity and a sense of alienation in society. In addition, nursing research in the field of quality of life related to liver transplantation should be performed. Nurses need education on the topic of the nursing work to promote and preserve patients' quality of life.

München, Techn. Univ., Diss., 2004.

Die akute Graft-versus-Host Erkrankung (GvHD), insbesondere die Darm GvHD, stellt weiterhin eine der Hauptursachen für Mortalität und Morbidität nach allogener SZT dar. Aktivierte, alloreaktive Spender T-Zellen infiltrieren dabei über die Blutbahn die intestinale Lamina Propria. Erst kürzlich konnten wir zeigen, dass neben der vaskulären Migration ein Teil der Spender T-Zellen auch direkt aus den PP in die angrenzende Lamina Propria migrieren. Um Faktoren, die diese direkte Migration fördern, zu untersuchen und die direkt migrierenden T-Zellen genauer zu charakterisieren, verwendeten wir ein MHC-inkompatibles Mausmodell zur Induktion einer akuten GvHD. Durch RNA Sequenzierung und Massenspektrometrie lasermikrodissezierter Darmschleimhautproben konnte eine starke Expression der Chemokine CXCL9, CXCL10, CXCL11, CCL3, CCL4 und CCL5 während der akuten intestinalen GvHD aufgezeigt werden. Neben CCL4 und XCL1 wiesen verschiedene Faktoren der T-Zellaktivierung, wie CD3ζ, LAT, Lck und ZAP70, sowie Faktoren der zytoskelettalen Reorganisation, wie Dock2, Coro1α und Parvin-γ, eine vermehrte Expression insbesondere nahe der PP auf. Die Expression der migrationsfördernden Faktoren Coro1α und Parvin-γ in Spender T-Zellen nahe der PP konnte anschließend mittels histologischen Immunfluoreszenzfärbungen bestätigt werden. Durchflusszytometrische Analysen konnten weiterhin eine vermehrte Expression von CCR5, CCR9 und Intgerin α4β7 auf den vornehmlich Tbet+ Spender T-Zellen nahe der PP nachweisen. Funktionelle in vitro Migrationsversuche zeigten abschließend, dass in vivo aktivierte Spender T-Zellen eine gerichtete Migration in Richtung auf CXCL11 und zu späterem Zeitpunkt auch auf CCL4 vollziehen können. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit die Bedeutung zahlreicher Chemokine für das sequenzielle T-Zell-Homing während der akuten intestinalen GvHD. Neben der insbesondere durch Faktoren der zytosekeletalen Reorganisation vermittelten amoeboiden Migration kann auch eine mesenchymale Fortbewegung über Faktoren wie CCR5, CCR9 und Integrin α4β7 die direkte Migration der T-Zellen fördern. Den direkt migrierenden vornehmlich TH1 polarisierten Zellen folgen weitere, CD27 und Integrin αLβ2 exprimierende, zytotoxische T-Zellen aus der Blutbahn. Die direkt migrierenden Zellen könnten als Initiator und Potentiator der intestinalen T-Zell Infiltration wirken und müssen für zukünftige therapeutische Strategien nicht nur der Darm GvHD, sondern der intestinalen Inflammation im Allgemeinen mitberücksichtigt werden. / Acute graft-verus-host disease (GvHD), especially intestinal GvHD, remains one of the main causes of mortality and morbidity after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation. In this process activated alloreactive donor T cells infiltrate the intestinal lamina propria via the bloodstream. Our group could recently show that besides the vascular migration route some donor T cells migrate directly from the Peyer’s patches into the adjacent lamina propria. To investigate factors that could promote such a direct migration, and to characterize these direct migrating T cells we applied a major mismatch mouse model to induce acute GvHD. Using RNA sequencing and mass spectrometry of lasermicrodissected lamina propria samples, we detected a strong upregulation of the chemokines CXCL9, CXCL10, CXCL11, CCL3, CCL4 and CCL5 during acute intestinal GvHD. Alongside CCL4 and XCL1, several factors of T cell activation, such as CD3ζ, LAT, Lck und ZAP70, as well as factors of cytoskeletal reorganization, such as Dock2, Coro1α und Parvin-γ, showed higher expression near the Peyer’s patches. Subsequently, we validated the expression of Coro1α and Parvin-γ on donor T cells near the Peyer’s patches with histological immunofluorescence stainings. Flow cytometry analysis further revealed high expression of CCR5, CCR9 and Intgerin α4β7 on the predominantly Tbet+ donor T cells near the Peyer’s patches. Conclusively, in vitro migration assays showed that in vivo activated donor T cells can directly migrate towards CXCL11 and subsequently also towards CCL4. The present study shows the relevance of several chemokines for the sequential T-cell homing during acute intestinal GvHD. Besides the amoeboid migration mode, which is particularly driven by cytoskeletal reorganization, a mesenchymal movement using factors, such as CCR5, CCR9 and Integrin α4β7, can promote the direct migration of donor T cells. The directly migrating cells, which are predominantly of a TH1 phenotype, are followed by cytotoxic T cells, expressing CD27 and Integrin αLβ2 (LFA-1), from the systemic circulation. Thus, these directly migrating cells may act like an initiator and potentiator for the intestinal T cell infiltration and must be considered for new therapeutic strategies not only of GvHD but of intestinal inflammation in general

In this work we expanded upon a study from our group where a ligand-based TNF-α mutein was developed to engage specifically TNFR2 and not TNFR1 activating Tregs and expanding them, which in an allo-HCT context conferred protection from GvHD. Fusing TNF trimers to the heavy chain of an Fc-dead and mouse irrelevant antibody, a new generation of this agonist was developed called NewSTAR2. It is believed that other members of the TNFSF can also target Tregs, therefore additional agonists against DR3 and GITR were developed under the same principles as for NewSTAR2. Phenotyping analysis of the expression of these three receptors were done to confirm their specificity for Tregs before in vitro and in vivo testings with mice or murine splenic cells. A potent expansion of Tregs was seen with NewSTAR2 and the other agonists as well as upregulation of activation markers on Tregs. Thorough analyses with NewSTAR2-treated mice showed how Tregs in several immune and non-immune organs were expanded and upregulated immunomodulatory receptors. A miniature suppressive assay and other cocultures with responder cells confirmed their enhanced suppression over unstimulated Tregs through contact dependent and independent mechanisms. Despite other myeloid cells also being increased after treatment, no undesired effects were observed under steady-state and prophylactic administration of a single dose of NewSTAR2 improved survival frequencies and lessened development of clinical symptoms. Prophylactic treatment with the other TNFRSF agonists showed similar protection yet Fc(DANA)-muTL1A was superior in in terms of less death events and lower clinical score. It was found that not all the three TNFSF members have redundant functions as development of skin lesions was observed with GITRL-based agonist Fc(DANA)-muGITRL, although its expansion of Tregs in steady-state was remarkable with no apparent adverse effects. Neither agonist had an impact on donor cell engraftment or allorective T cell response, however NewSTAR2-treatmend proved to reduce inflammation in small intestine and liver. This work is proof of concept of the effectivity of selectively engaging TNFSF to activate Tregs and expand them systemically allowing them to control strong and complex immune interactions like those governing GvHD. / In dieser Arbeit erweiterten wir eine Studie unserer Gruppe, in der ein ligandenbasiertes TNF-α-Mutein entwickelt wurde, um spezifisch TNFR2 und nicht TNFR1 zu aktivieren und Tregs zu erweitern, was in einem allo-HCT-Kontext Schutz vor GvHD verlieh. Durch die Fusion von TNF-Trimeren mit der schweren Kette eines Fc-toten und Maus-irrelevanten Antikörpers wurde eine neue Generation dieses Agonisten namens NewSTAR2 entwickelt. Es wird angenommen, dass andere Mitglieder des TNFSF ebenfalls auf Tregs abzielen können. Daher wurden zusätzliche Agonisten gegen DR3 und GITR nach denselben Prinzipien wie für NewSTAR2 entwickelt. Eine phänotypische Analyse der Expression dieser drei Rezeptoren wurde durchgeführt, um ihre Spezifität für Tregs vor In-vitro- und In-vivo-Tests mit Mäusen oder murinen Milzzellen zu bestätigen. Bei NewSTAR2 und den anderen Agonisten wurde eine starke Expansion der Tregs sowie eine Hochregulierung der Aktivierungsmarker auf Tregs beobachtet. Gründliche Analysen mit NewSTAR2-behandelten Mäusen zeigten, wie Tregs in mehreren Immun- und Nichtimmunorganen erweitert und immunmodulatorische Rezeptoren hochreguliert wurden. Ein Miniatur-Suppressionstest und andere Kokulturen mit Responderzellen bestätigten deren verstärkte Unterdrückung nicht stimulierter Tregs durch kontaktabhängige und unabhängige Mechanismen. Obwohl auch andere myeloische Zellen nach der Behandlung zunahmen, wurden unter der Steady-State- und prophylaktischen Verabreichung einer Einzeldosis NewSTAR2 keine unerwünschten Wirkungen beobachtet, was die Überlebenshäufigkeit verbesserte und die Entwicklung klinischer Symptome verringerte. Die prophylaktische Behandlung mit den anderen TNFRSF-Agonisten zeigte einen ähnlichen Schutz, Fc(DANA)-muTL1A war jedoch in Bezug auf weniger Todesereignisse und einen niedrigeren klinischen Score überlegen. Es wurde festgestellt, dass nicht alle drei TNFSF-Mitglieder über redundante Funktionen verfügen, da die Entwicklung von Hautläsionen mit dem GITRL-basierten Agonisten Fc(DANA)-muGITRL beobachtet wurde, obwohl die Expansion der Tregs im Steady-State bemerkenswert war und keine offensichtlichen nachteiligen Auswirkungen auftrat. Keiner der beiden Agonisten hatte einen Einfluss auf die Transplantation von Spenderzellen oder die allorektive T-Zell-Reaktion, allerdings reduzierte die NewSTAR2-Behandlung nachweislich Entzündungen im Dünndarm und in der Leber. Diese Arbeit ist ein Beweis für die Wirksamkeit der selektiven Aktivierung von TNFSF, um Tregs zu aktivieren und sie systemisch zu erweitern, sodass sie starke und komplexe Immuninteraktionen steuern können, wie sie GvHD steuern.

After priming in Peyer's patches (PPs) and mesenteric lymph nodes (mLN) T- cells infiltrate the intestine through lymphatic draining and homing through the bloodstream. However, we found that in mouse models of acute graft-versus-host disease (GvHD), a subset of alloreactive T-cells directly migrates from PPs to the adjacent intestinal lamina propria (LP), bypassing the normal lymphatic drainage and vascular trafficking routes. Notably, this direct migration occurred in irradiated and unirradiated GvHD models, indicating that irradiation is not a prerequisite for this observed behavior. Next, we established a method termed serial intravascular staining (SIVS) in mouse models to systematically investigate the trafficking and migration of donor T- cells in the early stages of acute GvHD initiation. We found that the direct migration of T-cells from PPs to LP resulted in faster recruitment of cells after allogeneic hematopoietic cell transplantation (allo-HCT). These directly migrating T-cells were found to be in an activated and proliferative state, exhibiting a TH1/TH17-like phenotype and producing cytokines such as IFN-γ and TNF-α. Furthermore, we observed that the directly migrating alloreactive T-cells expressed specific integrins (α4+, αE+) and chemokine receptors (CxCR3+, CCR5+, and CCR9+). Surprisingly, blocking these integrins and chemokine-coupled receptors did not hinder the direct migration of T- cells from PPs to LP, suggesting the involvement of alternative mechanisms. Previous experiments ruled out the involvement of S1PR1 and topographical features of macrophages, leading us to hypothesize that mediators of cytoskeleton reorganization, such as Coro1a, Dock2, or Cdc42, may play a role in this unique migration process. Additionally, we observed that directly migrating T-cells created a local inflammatory microenvironment, which attracts circulating T-cells. Histological analysis confirmed that alloreactive PPs-derived T-cells and bloodborne T-cells colocalized. We employed two experimental approaches, including either photoconversion of T-cells in PPs or direct transfer of activated T-cells into the vasculature, to demonstrate this colocalization. We hypothesize that cytokines released by migrating T-cells, such as IFN-γ and TNF-α, may play a role in recruiting T-cells from the vasculature, as inhibiting chemokine-coupled receptors did not impair recruitment. / Nach der Priming-Phase in den Peyer-Plaques (PPs) und mesenterialen Lymphknoten (mLN) migrieren T-Zellen über die lymphatische Drainage und den Blutkreislauf die Darmschleimhaut. Allerdings haben wir festgestellt, dass in Mausmodellen der akuten Graft-versus-Host Erkrankung (GvHD) eine Untergruppe alloreaktiver T-Zellen direkt von den Peyer-Plaques in das benachbarte intestinale Lamina propria (LP) migriert, ohne lymphatische Drainage- oder vaskuläre Transportwege zu nutzen. Bemerkenswert ist, dass diese direkte Migration sowohl in bestrahlten als auch in nicht bestrahlten GvHD-Modellen auftrat, was darauf hindeutet, dass Gewebeschaden durch ionisierende Strahlung keine Voraussetzung für dieses beobachtete T-Zell-Migrationsverhalten ist. Anschließend haben wir die Methode der "serielle intravaskulären Zellmarkierung" (SIVS) für Mausmodelle etabliert, um systematisch das Migrationsverhalten von alloreaktiven Spender-T-Zellen in den frühen Stadien der akuten GvHD-Initiierung zu untersuchen. Wir beobachteten, dass die direkte Migration von T-Zellen von PPs zu LP zu einer schnelleren Rekrutierung von Zellen nach allogener hämatopoetischer Zelltransplantation (allo-HCT) führte. Diese direkt migrierenden T-Zellen befanden sich in einem aktivierten und proliferativen Zustand, wiesen einen TH1-/TH17- ähnlichen Phänotyp auf und produzierten Zytokine wie IFN- γ und TNF-α. Darüber hinaus beobachteten wir, dass die direkt migrierenden alloreaktiven T-Zellen spezifische Integrine (α4+, αE+) und Chemokinrezeptoren (CxCR3+, CCR5+ und CCR9+) exprimierten. Überraschenderweise verhinderte die Blockierung dieser Integrine und Chemokinrezeptoren nicht die direkte Migration von T-Zellen aus PPs in LP, was auf die Beteiligung alternativer T- Zellmigrationsmechanismen schließen lässt. Vorangegangene Experimente schlossen die Beteiligung von S1PR1 und topografischer Merkmale gewebeständiger Makrophagen aus, was uns zu der Hypothese führte, dass Mediatoren der Zytoskelett- Reorganisation wie Coro1a, Dock2 oder Cdc42 eine Rolle in diesem einzigartigen Migrationsprozess spielen könnten. Zusätzlich beobachteten wir, dass direkt migrierende T-Zellen in der Darmschleimhaut ein lokales entzündliches Mikromilieu schaffen, welches zirkulierende T-Zellen anzieht. Die histologische Analyse bestätigte die Kolokalisation von direkt aus PP stammenden T-Zellen und T Zellen, welche über die Blutbahn in die Darmmukosa einwanderten. Um die direkte T-Zellmigration eindeutig zu bestätigen, wählten wir zwei experimentelle Ansätze: Die Photokonversion von T-Zellen in PPs während der Priming-Phase sowie den direkten Transfer aktivierter T-Zellen in das Gefäßsystem, um eine T-Zellkolokalisierung nachzuweisen. Aufbauend auf den Ergebnissen vermuten wir, dass Zytokine, die von migrierenden T-Zellen freigesetzt werden, wie zum Beispiel IFN-γ und TNF-α, möglicherweise eine Rolle bei der Rekrutierung von T-Zellen aus dem Gefäßsystem spielen, da die Hemmung von G- Protein-gekoppelter Rezeptoren (und somit aller Chemokinrezeptoren) die T-Zell- Rekrutierung nicht beeinträchtigte.

Optimale Konservierungsmethoden sind erforderlich, um die bedarfsgerechte Verfügbarkeit kardiovaskulärer Transplantate für den Ersatz geschädigter Gewebe (Herzklappen oder Gefäße) zu garantieren. Die konventionelle Kryokonservierung (engl.: Conventional Frozen Cryopreservation, CFC) ist derzeit der Standard zur Konservierung kardiovaskulärer Allografts. Jedoch limitieren Immunreaktionen deren Langzeitfunktionalität. Die Alternative der eisfreien Kryokonservierung (engl.: Ice-free Cryopreservation, IFC) wurde kürzlich entwickelt. In der Arbeit wurde die Reaktion des humanen Immunsystems auf allogene kardiovaskuläre Gewebe nach Anwendung unterschiedlicher Konservierungsmethoden umfänglich charakterisiert. Zusätzlich wurde Glutaraldehyd (GA)-fixiertes Gewebe untersucht, um die Ergebnisse in den Gesamtkontext der Gewebekonservierung einzuordnen. Die Analyse des konservierten humanen Aortengewebes, welches als Modellmaterial diente, ergab, dass die Gewebestruktur nach IFC erhalten blieb, jedoch die metabolische Aktivität sowie Apoptose und Nekrose des Gewebes durch IFC reduziert wurde. Dies spiegelte sich auch in der verminderten Freisetzung von Zytokinen aus IFC-Gewebe wider. Funktionelle In-vitro-Tests zeigten deutlich, dass Immunzellen verstärkt in Richtung der löslichen Faktoren aus CFC- und GA-fixiertem Gewebe, jedoch nicht aus IFC-Gewebe migrieren. In Kokulturen der Makrophagen auf dem Aortengewebe konnte ausschließlich bei Makrophagen, welche auf GA-fixiertem Gewebe kultiviert wurden, eine Polarisation zum M1-Phänotyp festgestellt werden. Weiterhin zeigte sich, dass lediglich Faktoren des CFC-Gewebes in der Lage waren, die Aktivierung und Proliferation von T-Zellen zu verstärken. Insgesamt belegen diese Daten detailliert, dass IFC die Eigenschaften des Gewebes selektiv moduliert und dadurch eine verringerte Aktivierung des Immunsystems stattfindet. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass IFC eine aussichtsreiche Strategie zur verbesserten Konservierung darstellt. / Optimal preservation methods are needed, to ensure constant availability of biological matrices for the replacement of damaged cardiovascular structures (heart valves or vessels). Conventional frozen cryopreservation (CFC) is currently the gold standard for cardiovascular allograft preservation. However, inflammation and structural deterioration limit transplant durability. The recently developed method of Ice-free cryopreservation (IFC) might be a superior method. The aim of this study was to characterize the reaction of the human immune system to allogeneic cardiovascular tissues after different cryopreservation methods. Regarding some aspects, the cryopreservation was compared to glutaraldehyde (GA) fixation, which is another common tissue preservation method. Human aortic tissue served as a proof-of-principle material for heart valves and vascular allografts. First, the histological and metabolic features of the differently preserved aortic tissues were analyzed. Tissues preserved by IFC exhibited typical architecture but significantly lower metabolic activity and the absence of necrotic or apoptotic cells. The reduced release of cytokines from IFC-tissue reflected these latter observations. In functional in-vitro-assays it was shown that migration of immune cells was significantly enhanced by soluble factors from CFC and GA-fixed tissue, but not by factors from IFC-tissue. In co-cultures of macrophages on aortic tissue, none of the preserved tissue induced activation. Exclusively GA-fixed tissue triggered the polarization of macrophages towards a M1-phenotype. Moreover, cues from only CFC-tissue but not IFC-tissue amplified T cell activation and proliferation. In conclusion, IFC selectively modulates the characteristics of tissues resulting in an attenuated activation of the human immune system. Therefore, IFC treatment is a promising strategy for improved tissue preservation and storage of cardiovascular allografts for clinical use.

Dendritic cells (DCs), a hematopoietic cell type belonging to the sub-group of cells called antigen presenting cells (APCs), inhabit a central role in innate and adaptive immunity. Although the DC family is very heterogeneous, all members share unique features. Most importantly, DCs can stimulate an immune response. This is due to the cells’ ability to capture and process antigens and to maturate in the presence of danger signals presented by pathogens. Maturation in turn results in the migration of DCs from the tissue they reside in to the draining lymph nodes, as well as in the subsequent presentation of the acquired antigens to T cells. In the skin, which is one of the most immunogeneic organs, DCs are present in sizable numbers in both the epidermis and the dermis. This study focused on two types of DCs: epidermal Langerhans cells (LCs) and dermal DCs (DDCs). While much is understood about LCs, far less is known about the role that DDCs play in skin immunity. Therefore one purpose of this study was to characterize DDCs and to compare their phenotype and functions to that of LCs. This study used two different methods to characterize human skin resident immune cells with regard to their number and distribution. First, a stable analytical immunohistochemistry-based method was developed and applied to a substantial number of healthy skin donors. This enabled a quantitative analysis of skin DC types and skin resident T cells at different anatomical locations in situ. A novel method to count dermal cell populations in situ was developed that resulted in the first published quantification of APCs, DDCs, as well as T cells in human dermis. Second, the traditional form of the emigration assay, which selectively enriches vital cells capable of ex vivo emigration from the skin, was upgraded toward a stable analytical method to separate epidermal LCs from DDCs. In this way, both skin DC types became accessible in sufficient numbers to allow for a comparison of phenotypes and functions in vitro. The resulting phenotypic observations clearly showed that both, LCs and DDCs are not fully mature after their emigration ex vivo and that both can be transformed into a phenotypically more mature state by treating them with inflammatory cytokines. What’s more, LCs are also functionally in an immature state after their emigration. They efficiently took up antigen, showed a low capacity to trans-migrate in response to chemokines, and demonstrated a low capacity to stimulate allogeneic T cells in a mixed leukocyte reaction (MLR). For the first time this study observed all these main APC functions not only for LCs but additionally for DDCs. As these observations were made in relation to LCs of the same donor, it could be concluded that DDCs are functionally more mature than LCs after emigration. DDCs showed a lower antigen uptake capacity than LCs but were superior in terms of their migratory and stimulatory capacity. However, treatment with cytokines could skew LC functions toward functional capacities observed for DDCs, i.e., it decreased LCs’ Ag uptake and increased their migratory and stimulatory capacity, whereas the cytokine treatment did not alter DDCs’ functional capacities. After improving immuno-histochemistry and the emigration assay using healthy skin samples, these newly developed techniques were implemented in clinical trials to observe the number, distribution and migratory capacity of skin DCs and T cells in patients undergoing allogeneic hematopoietic cell transplantation (aHSCT). Such a study is of importance because the turnover of DCs and T cells is closely associated with the occurrence of acute graft-versus-host disease (aGvHD), the major cause of morbidity and mortality after aHSCT. Due to the study design used, this study concisely demonstrate that at the onset of aGvHD, different DC types accumulate along with effector T cells in skin lesions of aGvHD but not in uninvolved skin of the same patient. These results suggest that in addition to donor T cells LCs and DDCs play a role during the early phase of cutaneous aGvHD directly within the site of inflammation. The view of many authors that DC depletion in the transplant recipient, especially in target organs, is a promising approach for aGvHD prophylaxis and therapy is further underscored by these results. One targeting strategy to inhibit GvHD by eliminating recipient DCs may be the use of DC specific monoclonal antibodies. Alemtuzumab (anti-CD52) is a monoclonal antibody and has proven effective in preventing aGvHD after aHSCT. It may, despite depleting donor T cells, also work by targeting recipient DCs. To determine whether the last mechanism of action is significant, a second clinical study investigated the effects of intravenous alemtuzumab on DCs by comparing the number of these cells in skin and blood of patients before and after a 4-week course of alemtuzumab treatment. The result was that although skin DCs weakly express the target antigen CD52 the number of these cells was not consistently reduced by alemtuzumab. In contrast, circulating blood DCs have a stronger CD52 expression and were significantly reduced by the treatment. In conclusion, this work provides new insights into the phenotypical and functional characteristics of human skin DCs, as well as into the fate of these cell types during aHSCT. The investigation of the APC system during aGvHD as carried out here will help to understand the process of aGvHD in more detail. All these efforts may hopefully support the development of new approaches for therapy and prevention of this major limitation of aHSCT and may help to improve this only curative therapy for several life-threatening diseases.

In dieser Arbeit wurden Methoden entwickelt und verglichen, um aus Corneoskleralringen langzeitorgankonservierter Hornhäute und intakten, kryokonservierten Amnionmembranen Limbusepithel-Amnion-Transplantate herzustellen. Als erfolgreichste Kultivierungsmethode stellte sich hierbei signifikant die Explantat-Technik mit nach unten gerichtetem Limbusepithel heraus. Hier konnte eine Auswachsrate von 42 % erzielt werden. Es wurde weiterhin gezeigt, dass das ausgewachsene, mehrschichtige Limbusepithel proliferationsfähige TACs (Transient Amplifying Cells) enthält. Weiterhin konnten mittels Regressionsanalyse signifikante Zusammenhänge zwischen Spenderalter, Post-mortem-Zeit, Organkultur-Dauer und der Auswachsrate beschrieben werden. Kurzgefasst wurde die Vermutung bestätigt, dass jede Verlängerung der unterschiedlichen Zeiten eine Verringerung der Auswachsrate zur Folge hat. Die hergestellten Limbusepithel-Amnion-Transplantate könnten für Patienten mit Limbusstammzellinsuffizienz unterschiedlicher Genese verwendet werden.

Dendritic cells (DCs), a hematopoietic cell type belonging to the sub-group of cells called antigen presenting cells (APCs), inhabit a central role in innate and adaptive immunity. Although the DC family is very heterogeneous, all members share unique features. Most importantly, DCs can stimulate an immune response. This is due to the cells’ ability to capture and process antigens and to maturate in the presence of danger signals presented by pathogens. Maturation in turn results in the migration of DCs from the tissue they reside in to the draining lymph nodes, as well as in the subsequent presentation of the acquired antigens to T cells. In the skin, which is one of the most immunogeneic organs, DCs are present in sizable numbers in both the epidermis and the dermis. This study focused on two types of DCs: epidermal Langerhans cells (LCs) and dermal DCs (DDCs). While much is understood about LCs, far less is known about the role that DDCs play in skin immunity. Therefore one purpose of this study was to characterize DDCs and to compare their phenotype and functions to that of LCs. This study used two different methods to characterize human skin resident immune cells with regard to their number and distribution. First, a stable analytical immunohistochemistry-based method was developed and applied to a substantial number of healthy skin donors. This enabled a quantitative analysis of skin DC types and skin resident T cells at different anatomical locations in situ. A novel method to count dermal cell populations in situ was developed that resulted in the first published quantification of APCs, DDCs, as well as T cells in human dermis. Second, the traditional form of the emigration assay, which selectively enriches vital cells capable of ex vivo emigration from the skin, was upgraded toward a stable analytical method to separate epidermal LCs from DDCs. In this way, both skin DC types became accessible in sufficient numbers to allow for a comparison of phenotypes and functions in vitro. The resulting phenotypic observations clearly showed that both, LCs and DDCs are not fully mature after their emigration ex vivo and that both can be transformed into a phenotypically more mature state by treating them with inflammatory cytokines. What’s more, LCs are also functionally in an immature state after their emigration. They efficiently took up antigen, showed a low capacity to trans-migrate in response to chemokines, and demonstrated a low capacity to stimulate allogeneic T cells in a mixed leukocyte reaction (MLR). For the first time this study observed all these main APC functions not only for LCs but additionally for DDCs. As these observations were made in relation to LCs of the same donor, it could be concluded that DDCs are functionally more mature than LCs after emigration. DDCs showed a lower antigen uptake capacity than LCs but were superior in terms of their migratory and stimulatory capacity. However, treatment with cytokines could skew LC functions toward functional capacities observed for DDCs, i.e., it decreased LCs’ Ag uptake and increased their migratory and stimulatory capacity, whereas the cytokine treatment did not alter DDCs’ functional capacities. After improving immuno-histochemistry and the emigration assay using healthy skin samples, these newly developed techniques were implemented in clinical trials to observe the number, distribution and migratory capacity of skin DCs and T cells in patients undergoing allogeneic hematopoietic cell transplantation (aHSCT). Such a study is of importance because the turnover of DCs and T cells is closely associated with the occurrence of acute graft-versus-host disease (aGvHD), the major cause of morbidity and mortality after aHSCT. Due to the study design used, this study concisely demonstrate that at the onset of aGvHD, different DC types accumulate along with effector T cells in skin lesions of aGvHD but not in uninvolved skin of the same patient. These results suggest that in addition to donor T cells LCs and DDCs play a role during the early phase of cutaneous aGvHD directly within the site of inflammation. The view of many authors that DC depletion in the transplant recipient, especially in target organs, is a promising approach for aGvHD prophylaxis and therapy is further underscored by these results. One targeting strategy to inhibit GvHD by eliminating recipient DCs may be the use of DC specific monoclonal antibodies. Alemtuzumab (anti-CD52) is a monoclonal antibody and has proven effective in preventing aGvHD after aHSCT. It may, despite depleting donor T cells, also work by targeting recipient DCs. To determine whether the last mechanism of action is significant, a second clinical study investigated the effects of intravenous alemtuzumab on DCs by comparing the number of these cells in skin and blood of patients before and after a 4-week course of alemtuzumab treatment. The result was that although skin DCs weakly express the target antigen CD52 the number of these cells was not consistently reduced by alemtuzumab. In contrast, circulating blood DCs have a stronger CD52 expression and were significantly reduced by the treatment. In conclusion, this work provides new insights into the phenotypical and functional characteristics of human skin DCs, as well as into the fate of these cell types during aHSCT. The investigation of the APC system during aGvHD as carried out here will help to understand the process of aGvHD in more detail. All these efforts may hopefully support the development of new approaches for therapy and prevention of this major limitation of aHSCT and may help to improve this only curative therapy for several life-threatening diseases.