Implantationssensoren erkennen frühe Anzeichen einer Organabstoßung bei Mäusen

Eine neue, in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlichte Studie berichtet, dass das mikroporöse Gerüst als minimalinvasive Überwachungsmethode fungiert, um in einem Mausmodell eine Abstoßung vor dem Versagen des Transplantats zu erkennen.

Diese Sensoren sind der erste Schritt zur Entwicklung eines Instruments, das Ärzten frühzeitig wichtige Informationen über die Möglichkeit einer Organabstoßung bei Transplantationspatienten liefern könnte.

Eine Organtransplantation geht mit einer aggressiven Immunsuppression einher, um eine Transplantatabstoßung zu verhindern. Eine übermäßige Immunsuppression kann jedoch das Risiko für Neoplasien und opportunistische Infektionen erhöhen, und eine unzureichende Immunsuppression kann zu Transplantatschäden führen.

Traditionell werden Transplantatbiopsien durchgeführt, um die Wirksamkeit der Immunsuppression zu beurteilen. Diese invasiven Biopsien weisen jedoch eine erhebliche Variabilität auf und sind ein verzögerter Indikator für eine Abstoßung. Um eine Abstoßung vor dem Transplantatversagen zu erkennen, verwendete ein Forscherteam der University of Michigan ein mikroporöses Gerüst, das als minimalinvasive Überwachungsmethode dient.

Nach einer Herz- oder Hauttransplantation bei Mäusen akkumulieren Nischenimplantate angeborene und adaptive Immunzellen, und Genexpressionsanalysen identifizieren Biomarker für eine akute zelluläre Transplantatabstoßung (ACAR), bevor klinische Anzeichen eines Transplantatversagens auftreten.

Erste Studien wurden mit adoptivem Transfer von T-Zellen in inkompatible Allotransplantate durchgeführt, um die T-Zell-vermittelte Abstoßung zu untersuchen. Anschließend folgten Validierungsstudien an Wildtyp-Tieren. Das Nischengerüst ermöglicht eine häufige Zellprobenentnahme, und eine Reihe genetischer Biomarker unterscheidet Mäuse, die Allotransplantate abstoßen, von Mäusen mit gesunden Transplantaten.

„Die Erforschung der Überwachung von Immunreaktionen ist aufgrund der zunehmenden Verbreitung von Immuntherapien so spannend geworden. Die Erkennung einer unerwünschten Immunreaktion hat erhebliche medizinische Auswirkungen, da man oft erst dann von einer unerwünschten Reaktion erfährt, wenn ein Organ seine Funktion zu verlieren beginnt“, sagt Lonnie Shi, Professor für Biomedizintechnik an der University of Michigan und Co-Autor der Studie.

Das neue Verfahren beginnt mit der Implantation eines porösen Gerüsts unter die Haut, in dessen Poren sich Gewebe entwickelt. Das entstehende Gewebe wird vaskularisiert. Der Endeffekt ist, dass Blutgefäße durch diesen Raum verlaufen und Immunzellen durch ihn zirkulieren.

Das Material löst eine Fremdkörperreaktion aus, die zur Rekrutierung von Immunzellen führt. Wichtig ist, dass diese Zellen einen gewebespezifischen und keinen zirkulierenden Phänotyp aufweisen. Dies ermöglicht es den Forschern, die Gewebereaktionen über einen längeren Zeitraum zu beobachten.

„Wenn das Immunsystem im Zusammenhang mit einer Transplantatabstoßung aktiviert wird, kann man aktivierte Immunzellen auf dem Implantat sehen“, sagte Shi.

Die Fähigkeit, Immunreaktionen in Geweben zu beurteilen, könnte für Forscher, die das Immunsystem erforschen, ein wertvolles Werkzeug sein. Durch die serielle Analyse von Zelltranskriptomen könnten potenzielle Organabstoßungen mit einer minimalinvasiven Biopsie anstelle einer risikoreicheren Transplantationsbiopsie erkannt werden.

„Das Überleben solider Organtransplantate gilt als eine der wichtigsten Errungenschaften der modernen Medizin. Dennoch übersehen wir oft die aggressiven Therapien, die nach der Transplantation erforderlich sind, um die Gesundheit der Transplantate zu erhalten“, sagte Russell Urie, Postdoktorand in der Abteilung für Biomedizintechnik der University of Michigan.

„Diese implantierbaren Sensoren können Abstoßungsprozesse in einem sehr frühen Stadium erkennen. Dies ist ein erster Schritt hin zu einem Instrument für eine personalisierte Nachsorge nach der Transplantation und zur Minimierung der invasiven Verfahren und verheerenden Nebenwirkungen, die Transplantatempfänger derzeit ertragen müssen“, fügte Uri hinzu.

„Dies wird insbesondere für Organempfänger im Kindes- und Jugendalter von Bedeutung sein, da sie sich über mehrere Jahrzehnte hinweg Behandlungen und Biopsien unterziehen müssen und sogar wiederholte Transplantationen erhalten müssen.“