G RUNDLAGEN DER T RANSPLANTATABSTOSSUNG

Zelluläre und humorale Faktoren vermitteln die Transplantatabstossung in vivo. Die Einteilung der Abstossungsreaktionen ist primär klinisch ausgerichtet. Sie basiert auf dem zeitlichen Verlauf, ohne dabei immunologische Mechanismen zu berücksichtigen. Man unterscheidet hyperakute, akute und chronische Abstossung (2,3). Bei der Xenotransplantation erfolgt die Einteilung chronologisch.

1.1.1. Hyperakute Abstossung

Die hyperakute Abstossung entspricht einer gegen das Gefäßsystem des Transplantats gerichteten humoralen Reaktion. An der hyperakuten Abstossung bei der Xenotransplantation sind präformierte xenoreaktive Antikörper, das Komplementsystem und neutrophile Granulozyten beteiligt. Präformierte Antikörper binden sich an das Gefäßendothel, wodurch die Komplement- und die Gerinnungskaskade aktiviert werden. In der Folge kommt es zu einem Influx von Granulozyten und zu einer intravasalen Gerinnung. Stauung, Ödem und interstitielle Blutung sind die Folge. Innerhalb von Minuten bis Stunden münden die Prozesse in Zelltod und Transplantatverlust (4). Bei der Allotransplantation lässt sich die hyperakute Abstossung unter anderem durch Blutgruppenmatching umgehen. Die vorhandenen präformierten xenoreaktiven Antikörper machen eine Vorbehandlung des Empfängers bei der

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Xenotransplantation unumgänglich. Zur Überwindung der hyperakuten Abstossung sind Reduktion/Depletion der xenoreaktiven Antikörper sowie eine Komplementinhibierung notwendig.

1.1.1.1 Reduktion der Xenoreaktiven Antikörper

Leflunomid ist ein Prodrug, das im tierischen und menschlichen Organismus in den aktiven Metaboliten A77 1726 umgewandelt wird. Dieser bewirkt unter anderem eine direkte Inhibition der B-Zell-Proliferation und Antikörper-Synthese (5). Dadurch kann die Konzentration der präformierten Xenoreaktiven Antikörper gesenkt werden (6,7). In Kombination mit dem Komplementinhibitor Cobra Venom Faktor wurde durch Leflunomid eine Erhöhung der Funktionszeit eines heterotop in Ratten transplantierten MS-Herzens auf 129 Stunden erzielt. Die alleinige Gabe von Cobra Venom Faktor hingegen bewirkte ein Transplantatüberleben von 62 Stunden (8).

1.1.1.2 Komplementinhibierung

Zur Inhibition des Komplementsystems bei der Xenontransplantation von MS auf Ratte wurde Cobra Venom Faktor (CVF) eingesetzt (9).

Als zweiter Weg - Vermeidung der HAR durch Aktivierung des Komplementsystems - wurde eine defiziente Empfängerspezies verwendet. Ein C6-defizienter Rattenstamm (PVG/C6def) wurde als Empfänger eingesetzt. Diesem Rattenstamm mit autosomal rezessivem Erbgang fehlt die Fähigkeit zur Bildung des C5b-9 MAC Komplexes (10). Die C6 Defizienz beruht möglicherweise auf einer instabilen mRNA, einer Punktmutation im C6-Gen und damit einer aberranten Transkription oder auf einer Mutation in einem Gen, das für ein in die C6-Biosynthese involviertes Produkt kodiert. Die PVG/C6def Ratten zeigen trotz C6-Defizienz und nur 10% C2 gegenüber Komplement-kompetenten Tieren (PVG/C6+) keine Krankheitsanzeichen. Werden die PVG/C6def Ratten mit Defekt in der terminalen Endstrecke des Komplementsystems als Empfänger eines heterotop transplantierten MS-Herzens

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eingesetzt, so verlängert sich das Transplantatüberleben von 26 Minuten (komplementkompetenter PVG-Stamm) auf 24 bis 48 Stunden (11).

Ein weiterer Ansatz zur Verhinderung einer HAR durch Komplementaktivierung, der in der vorliegenden Arbeit aber nicht verfolgt wurde, ist die Expression der Komplementregulatoren des Empfängers auf dem Transplantat. Gerade bei der Kombination Schwein/Mensch wurde gezeigt dass Schweine gezüchtet werden können, die humane Komplementregulatorproteine exprimieren (12,13,14). Mittlerweile haben mehrere Arbeitsgruppen verschiedene humane Komplementregulatoren in transgenen Schweinen exprimieren können (15,16,17).

1.1.2 Akute Abstossung

Die akute Abstossung ist die Hauptursache für den frühen Transplantatverlust bei der Allotransplantation. Sie ist definiert als eine früh nach der Transplantation auftretende, rasch verlaufende Transplantatdysfunktion immunologischer, T-Zell-unabhängiger Genese. Dabei liegt oft eine Diskrepanz zwischen zellulärem Infiltrationsmuster und klinischem Verlauf vor.

Bei Herztransplantaten liegen die Infiltrate perivaskulär und endokardial. Diese akute vaskuläre Abstossung wird auch als verzögerte Xenotransplantatabstossung (DXR) bezeichnet. Sie ist gekennzeichnet durch die Aktivierung mononukleärer Zellen des Empfängers (fortschreitende Infiltration des Transplantates mit Monozyten, Makrophagen und Natürlichen Killerzellen). Blutplättchen-Aggregation und Fibrinablagerungen wie auch die Aktivierung von Endothelzellen des Transplantates sind weitere Merkmale (18).

Pathologisch ist der Prozess durch Endothelzellschädigung und Schwellung, Ischämie und Thrombose gekennzeichnet.

1.1.2.1 Monozyten / Makrophagen

Nach Einwanderung von Monozyten in das Gewebe wandeln sich diese in Makrophagen um.

Makrophagen haben auf der Oberfläche Rezeptoren für den Fc-Teil von Immunoglobinen.

Diese vermitteln die antikörperabhängige zellvermittelte Zytotoxizität der markierten Zelle.

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Die Komplementrezeptoren für C3b und C4d, die die Makrophagen auf der Oberfläche tragen, stimulieren die Phagozytose. Daneben besitzen sie auch Rezeptoren für verschiedene Bestandteile von Mikroorganismen, wie Mannoserezeptoren, Scavenger Rezeptoren und Rezeptoren für Lipopolysaccharide.

Nach der Phagozytose werden Fremdpeptide auf den MHC-II-Molekülen des Makrophagen präsentiert. Bei gleichzeitiger Expression von Kostimulatoren, wie B7, kommt es zur Proliferation und Differenzierung von T-Zellen. Aktivierte Makrophagen setzen proinflammatorische Zytokine, wie TNF α und IL12 frei (19).

1.1.2.2 Natürliche Killerzellen

Mit Hilfe des monoklonalen Antikörpers 3.2.3, der das NKR-P1-Antigen auf NK-Zellen erkennt, wurde nachgewiesen, dass Ratten NK-Zellen während der DXR Meerscheinchentransplantate in großer Anzahl infiltrieren (20,21). Allerdings wurden bei der DXR immer gleichzeitig NK-Infiltration und Ablagerungen von xenoreaktiven Antikörpern, auch bei vorheriger Depletion der xenoreaktiven Antikörper, im Transplantat festgestellt.

Unklar war, ob die Zytotoxizität der NK-Zellen entweder durch direkte Mechanismen und/oder die antikörperabhängige zellvermittelte Zytotoxizität bedingt ist (22,23). Es wurde sowohl eine direkte als auch eine antikörperabhängige NK-Zell-vermittelte Zytotoxizität beschrieben, die in der Lyse der xenogenen Zellen resultiert (24). In der konkordanten Kombination Hamster/Nacktratte wurde bestätigt, dass die NK-Zellen zusätzlich zur antikörperabhängigen zellvermittelten Zytotoxizität eine Abstossung auch durch direkte Zytotoxizität verursachen (25). NK-Zellen wurden mit dem Kaninchen anti-asialo GM1 (Wako, Neuss) Antikörper depletiert. Zur Wirkung des Antikörpers muss Komplement vorhanden sein.

1.1.3 Chronische Abstossung

Die chronische Abstossung ist definiert als graduell progrediente Einschränkung der Transplantatfunktion in Abwesenheit anderer spezifischer Erkrankungen, die in der Regel

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nicht vor dem 6. bis 12. Monat nach Transplantation auftritt. Sie zeigt sowohl humorale als auch zelluläre Bestandteile und geht mit chronisch entzündlichen Veränderungen an den Gefäßen und im Interstitium einher. Es kommt zu einer myointimalen Proliferation der Arterien und Arteriolen im Sinne einer Transplantatvaskulopathie mit schließlich signifikanter Lumeneinengung. Histologisch findet man eine relativ milde monoklonale Zellinfiltration mit Sklerosierung des Gewebes. Bei der Allotransplantation ist die chronische Abstossung die häufigste Indikation zur Retransplantation. Sie äußert sich bei Herztransplantierten in Leistungsabfall, subfebrilen Temperaturen, leichtem RR-Abfall, Herzschattenvergrößerung im Röntgen-Thorax, eingeschränkter Ventrikelfunktion im Herzecho, Auftreten von Herzrhythmusstörungen und in zumeist stumm verlaufenden Myokardinfarkten. Da den T-Zell-vermittelten Reaktionen eine Schlüsselrolle zugeschrieben wird, muß bei der Xenotransplantation mit einer chronischen Abstossung gerechnet werden, die mit Sicherheit ausgeprägter, häufiger und ggf. auch früher eintritt als bei der Allotransplantation (26).

1.1.3.1 T-Zell vermittelte Abstossung

Ein bekanntes Phänomen bei der Allotransplantation ist die Erkennung der Transplantatantigene durch T-Zellen. Die Rolle der T-Zell vermittelten Abstossung wird derzeit diskutiert. Aufgrund der limitierten Transplantatüberlebenszeiten und einem massiven Einsatz immunsuppressiver Medikamente ist die Rolle der T-Zell-vermittelten Abstossung nur schwer zu klären. Die Interaktionen der T-Zellen mit den xenogenen Antigenen sind abhängig von der Spezieskombination. In der potentiell relevanten Kombination Schwein/Primat fällt die zelluläre Antwort stärker als bei der Allotransplantation aus. In vitro Studien zeigen, dass porcine Antigene von menschlichen T-Lymphozyten erkannt werden und zur Proliferation und Zytotoxizität führen (27,28,29).