Handchir Mikrochir Plast Chir 2021; 53(04): 389-399
DOI: 10.1055/a-1261-3447
Originalarbeit

Immunsuppressive Wirkung von Mitomycin-C-behandelten mononukleären Zellen des peripheren Blutes (MICs) in der Vaskularisierten Composite Allotransplantation

Immunosuppressive effect of mitomycin C-treated peripheral mononuclear blood cells (MICs) in vascularised composite allotransplantation
Jurij Kiefer
1   BG Unfallklinik Ludwigshafen, Klinik f. Hand-, Plast. u. Rekonstr. Chirurgie, Schwerbrandverletztenzentrum
,
Yannick Diehm
2   BG Klinik Ludwigshafen, Klinik für Hand, Plastische und Rekonstruktive Chirurgie, Plastische Chirurgie der Universität Heidelberg, Schwerbrandverletztenzentrum
,
Günter Germann
3   ETHIANUM – Klinik für Plastische und Rekonstruktive Chirurgie Ästhetische Chirurgie
,
Ulrich Kneser
4   BG Unfallklinik Ludwigshafen und Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Klinik für Hand, Plastische und Rekonstruktive Chirurgie, Schwerbrandverletztenzentrum, Klinik für Plastische Chirurgie
,
Peter Terness
5   UniversitätsKlinikum Heidelberg, Abteilung für Transplantationsimmunologie
,
1   BG Unfallklinik Ludwigshafen, Klinik f. Hand-, Plast. u. Rekonstr. Chirurgie, Schwerbrandverletztenzentrum
› Author Affiliations

Zusammenfassung

Hintergrund Vaskularisierte Composite Allotransplantationen (VCA) ermöglichen die Wiederherstellung komplexer Gewebedefekte. Die ersten erfolgreichen allogenen Hand- und Gesichtstransplantationen haben die Forschung zur Verbesserung der immunsuppressiven Therapien stetig vorangetrieben. Die Inkubation mononukleärer Zellen des peripheren Blutes (PBMCs) mit Mitomycin C (MMC) generiert immunmodulatorisch wirksame Zellen (MICs). In vorherigen Studien konnten wir eine signifikante immunsuppressive Wirkung durch die Applikation von Donor-MICs am Tag der Transplantation zeigen. Ziel dieser Studie ist es, den optimalen Zeitpunkt der Behandlung mit MICs in der VCA zu eruieren.

Material und Methoden 60 allogene Hinterlauftransplantationen wurden in 6 experimentellen Gruppen durchgeführt. Lewis-Ratten (LEW) dienten als Spender-, Brown-Norway-Ratten (BN) als Empfängertiere. Tieren der Gruppe A wurden einmalig Spender-MICs 7 Tage präoperativ systemisch verabreicht. Gruppe B-F dienten als Kontrollgruppen. Tiere der Gruppe B erhielten keine immunsuppressive Therapie. In Gruppe C wurden unbehandelte Spender-PBMCs 7 Tage präoperativ verabreicht. Tiere der Gruppe D erhielten nur das Zellkulturmedium. Tieren der Gruppe E wurde eine Standardimmunsuppression mit Tacrolimus und Prednisolon verabreicht. In Gruppe F wurden syngene Hinterlauftransplantationen (BN→BN) durchgeführt. Der Abstoßungszeitpunkt wurde sowohl anhand klinischer Beobachtungen als auch aufgrund histologischer Parameter bestimmt.

Ergebnisse In Versuchsgruppe A zeigte sich im Vergleich zu den Kontrollgruppen B, C und D (5,5 ± 0,7, 5,3 ± 0,7 und 5,7 ± 0,5) eine signifikant früher eintretende Abstoßungsreaktion der Hinterläufe nach 3,5 ± 0,2 Tagen (p < 0,01). In den Kontrollgruppen E und F zeigte sich keine Abstoßungsreaktion.

Schlussfolgerung Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen, dass die immunmodulatorische Wirkung von MICs unmittelbar vom Applikationszeitpunkt abhängt. Nachdem in vorherigen Experimenten die Applikation von MICs am Transplantationstag eine signifikante immunsuppressive Wirkung aufwies, konnte im Rahmen dieser Studie gezeigt werden, dass die präoperative Gabe von MICs zu einer beschleunigten Abstoßung führt und damit das Überleben des Transplantates signifikant verkürzt wird. Folgestudien sind notwendig, um sowohl die Modifikation des Applikationszeitpunktes als auch die Dosis-Effekt-Beziehungen und Zellcharakteristika dieser potentiell immunsuppressiven Zellen weiter zu untersuchen.

Abstract

Background Vascularized Composite Allotransplantation (VCA) enables the restoration of complex tissue defects. Since the first successful hand and face transplants were performed, clinical and experimental research has consistently improved immunosuppressive therapies. The incubation of peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) with mitomycin C (MMC) results in immunomodulatory cells (MICs). In previous studies, the systemic application of MICs on the day of allogeneic hind limb transplantation led to a significant immunosuppression in rats. The aim of this study is to further investigate the optimal point in time of MIC application in a complex VCA model.

Material and Methods In six groups, 60 allogeneic hind limb transplantations were performed. Fully mismatched rats were used as hind limb donors [Lewis (LEW)] and recipients [Brown-Norway (BN)]. Group A received donor-derived MICs seven days preoperatively. Group B received no immunosuppression; group C received untreated PBMCs seven days prior to transplantation. Animals in group D received cell culture media, whereas group E was treated with a standard immunosuppression consisting of tacrolimus and prednisolone. In group F, syngeneic hind limb transplantations (BN→BN) were performed. Transplant rejection was assessed clinically and histologically.

Results Group A showed a significantly earlier onset of allograft rejection after 3.5 ± 0.2 days (p < 0.01) when compared with control groups B, C and D (5.5 ± 0.7, 5.3 ± 0.7 und 5.7 ± 0.5). Groups E and F showedno allograft rejection.

Conclusion This study shows that the time of application determines the immunomodulatory effects of MICs. Whereas the systemic application of MICs on the day of transplantation led to a significant immunosuppression in previous studies, this study demonstrates that preoperative injections of MICs lead to an acceleration of allotransplant rejection. Follow-up studies are necessary to investigate further modifications of application time as well as dose-effect relations and cell characteristics of these potential immunosuppressive cells.



Publication History

Article published online:
07 January 2021

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  • Literaturverzeichnis

  • 1 Tasigiorgos S, Kollar B, Krezdorn N. et al. Face transplantation-current status and future developments. Transpl Int 2018; 31: 677-688
  • 2 Shores JT, Brandacher G, Lee WP. Hand and upper extremity transplantation: an update of outcomes in the worldwide experience. Plast Reconstr Surg 2015; 135: 351e-360e
  • 3 Colakoglu S, Tebockhorst S, Mathes DW. Is Vascularized Composite Allograft Transplantation Experimental or an Accepted Surgical Procedure: Results from a National Survey. J Reconstr Microsurg. 2020
  • 4 Kaufman CL, Marvin MR, Chilton PM. et al. Immunobiology in VCA. Transpl Int 2016; 29: 644-654
  • 5 Pomahac B, Gobble RM, Schneeberger S. Facial and hand allotransplantation. Cold Spring Harbor perspectives in medicine 2014; 4
  • 6 Schneeberger S, Khalifian S, Brandacher G. Immunosuppression and monitoring of rejection in hand transplantation. Techniques in hand & upper extremity surgery 2013; 17: 208-214
  • 7 Fischer S, Kueckelhaus M, Pauzenberger R. et al. Functional outcomes of face transplantation. Am J Transplant 2015; 15: 220-233
  • 8 Yan L, Anderson GM, DeWitte M. et al. Therapeutic potential of cytokine and chemokine antagonists in cancer therapy. European journal of cancer 2006; 42: 793-802
  • 9 Ishioka C, Kanamaru R, Konishi Y. et al. Comparative studies on the action of 7-N-[2-[[2-(gamma-L-glutamylamino)ethyl]dithio]ethyl]mitomycin C and of mitomycin C on cultured HL-60 cells and isolated phage and plasmid DNA. Cancer chemotherapy and pharmacology 1990; 26: 117-121
  • 10 Tanigawa T, Gotoh M, Nagano H. et al. Injection of mitomycin-C-treated spleen cells induces donor-specific unresponsiveness to cardiac allografts in rats. Transplantation 1999; 67: 653-658
  • 11 Jiga LP, Ehser S, Kleist C. et al. Inhibition of heart allograft rejection with mitomycin C-treated donor dendritic cells. Transplantation 2007; 83: 347-350
  • 12 Ise K, Kanazawa Y, Sato Y. et al. Survival of mitomycin C-treated pancreatic islet xenografts is mediated by increased expression of transforming growth factor-beta. Transplantation 2004; 77: 907-914
  • 13 Wang D, Kleist C, Ehser S. et al. Ex vivo perfusion with mitomycin C containing solution prolongs heart graft survival in rats. Transplantation 2006; 82: 1537-1540
  • 14 Radu CA, Kiefer J, Horn D. et al. Mitomycin-C-treated peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) prolong allograft survival in composite tissue allotransplantation. The Journal of surgical research 2012; 176: e95-e101
  • 15 Radu CA, Kiefer J, Gebhard MM. et al. Local administration of Mitomycin-C-Treated peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) prolongs allograft survival in vascularized composite allotransplantation. Microsurgery 2016; 36: 417-425
  • 16 Radu CA, Fischer S, Diehm Y. et al. The combination of mitomycin-induced blood cells with a temporary treatment of ciclosporin A prolongs allograft survival in vascularized composite allotransplantation. Langenbeck‘s archives of surgery/Deutsche Gesellschaft fur Chirurgie 2018; 403: 83-92
  • 17 Kleist C, Sandra-Petrescu F, Jiga L. et al. Generation of suppressive blood cells for control of allograft rejection. Clinical science 2015; 128: 593-607
  • 18 Morath C, Schmitt A, Kalble F. et al. Cell therapeutic approaches to immunosuppression after clinical kidney transplantation. Pediatr Nephrol 2018; 33: 199-213
  • 19 Morath C, Schmitt A, Kleist C. et al. Phase I trial of donor-derived modified immune cell infusion in kidney transplantation. The Journal of clinical investigation. 2020
  • 20 Doi K. Homotransplantation of limbs in rats. A preliminary report on an experimental study with nonspecific immunosuppressive drugs. Plast Reconstr Surg 1979; 64: 613-621
  • 21 Radu CA, Bosch N, Bauer TM. et al. Immunosuppressive effect of tryptophan metabolites in composite tissue allotransplantation. Plast Reconstr Surg 2007; 119: 2023-2028
  • 22 Radu CA, Kiefer J, Horn D. et al. Shock wave treatment in composite tissue allotransplantation. Eplasty 2011; 11: e37
  • 23 Cendales LC, Kirk AD, Moresi JM. et al. Composite tissue allotransplantation: classification of clinical acute skin rejection. Transplantation 2006; 81: 418-422
  • 24 Weissenbacher A, Hautz T, Pratschke J. et al. Vascularized composite allografts and solid organ transplants: similarities and differences. Current opinion in organ transplantation 2013; 18: 640-644
  • 25 Li B, Koide Y, Uchijima M. et al. Pretreatment of recipients with mitomycin-C-treated dendritic cells induces significant prolongation of cardiac allograft survival in mice. Transplantation proceedings 2002; 34: 3426-3428
  • 26 Jiga LP, Bauer TM, Chuang JJ. et al. Generation of tolerogenic dendritic cells by treatment with mitomycin C: inhibition of allogeneic T-cell response is mediated by downregulation of ICAM-1, CD80, and CD86. Transplantation 2004; 77: 1761-1764
  • 27 Terness P, Kleist C, Simon H. et al. Mitomycin C-treated antigen-presenting cells as a tool for control of allograft rejection and autoimmunity: from bench to bedside. Human immunology 2009; 70: 506-512
  • 28 Casiraghi F, Azzollini N, Cassis P. et al. Pretransplant infusion of mesenchymal stem cells prolongs the survival of a semiallogeneic heart transplant through the generation of regulatory T cells. J Immunol 2008; 181: 3933-3946
  • 29 Zhuang Q, Liu Q, Divito SJ. et al. Graft-infiltrating host dendritic cells play a key role in organ transplant rejection. Nat Commun 2016; 7: 12623
  • 30 Liu K, Iyoda T, Saternus M. et al. Immune tolerance after delivery of dying cells to dendritic cells in situ. The Journal of experimental medicine 2002; 196: 1091-1097
  • 31 Huang FP, Chen YX, To CK. Guiding the “misguided” – functional conditioning of dendritic cells for the DC-based immunotherapy against tumours. European journal of immunology 2011; 41: 18-25
  • 32 Kleist C, Mohr E, Gaikwad S. et al. Autoantigen-specific immunosuppression with tolerogenic peripheral blood cells prevents relapses in a mouse model of relapsing-remitting multiple sclerosis. J Transl Med 2016; 14: 99
  • 33 Kant S, Brennan DC. Moving from transplant as a treatment to transplant as a cure. The Journal of clinical investigation 2020; 130: 2189-2191