Reduktion der immunologischen Abstoßungsreaktion in Composite Tissue Allotransplantation durch Hitzeschock-Präkonditionierung

Zusammenfassung

Hintergrund: Trotz großer Fortschritte auf dem Gebiet der Composite Tissue Allotransplantationen (CTA), besteht noch immer ein großer Optimierungsbedarf im Bereich der Immunsuppression. Hitzeschock-Proteine (HSP) werden als Reaktion des Körpers auf Stress produziert. Eine Erhöhung wirkt bei erneutem Stressreiz protektiv und verringert den transplantationsbedingten Ischämie-Reperfusionsschaden. Der immunologische Effekt von HSP nach CTA wurde bislang nicht beschrieben. Das Ziel dieser Studie war die Untersuchung der immunologischen Abstoßungsreaktion in einem Rattenmodell für CTA. Evaluiert wurde der Effekt einer Hitzeschock-Präkonditionierung.

Material und Methoden: Brown Norway Ratten wurden systemisch erhitzt auf eine Körpertemperatur von 42°C, um das Hitzeschock-Protein 70 (HSP70) hochzuregulieren. Die Expression von HSP70 im Skelettmuskel zeigte im Western Blot ein Maximum nach 24 Stunden. Allogene Hinterlauftransplantationen wurden zwischen Brown Norway Ratten (Spender) und Lewis Ratten (Empfänger) durchgeführt. In Gruppe 1 (n=12) wurden die Spendertiere 24 Stunden zuvor erhitzt. In Gruppe 2 (n=12) wurden die Transplantationen ohne vorausgehenden Hitzeschock durchgeführt. Gruppe 3 (n=6) diente als Kontrollgruppe mit syngener Hinterlauftransplantation zwischen Lewis Ratten. Postoperativ wurde das Aussehen des transplantierten Hinterlaufes klinisch alle 12 Stunden evaluiert. Der Beginn der Abstoßungsreaktion wurde definiert als Zeitpunkt, wenn Plantarerythem und Pfotenödem gleichzeitig auftraten. Zur Verifizierung dieser dezenten Abstoßungszeichen wurde die Beobachtung 24 Stunden fortgesetzt. In dieser Zeit breiteten sich Erythem und Ödem über das gesamte Transplantat aus. Nach Entnahme von Haut- und Muskelanteilen für histologische Auswertungen erfolgte die Euthanasierung der Ratte.

Ergebnisse: Die Abstoßungsreaktion setzte in Gruppe 1 (mit präkonditionierendem Hitzeschock) nach 4,83±0,44 Tagen ein, in Gruppe 2 (ohne Hitzeschock) bereits nach 3,88±0,53 Tagen. Dieser Unterschied von einem Tag war aufgrund einer kleinen Standardabweichung signifikant (Whitney-Mann-U-Test: p<0,01).

Schlussfolgerung: In unserem Modell für CTA führten der Hitzeschock und die dadurch bedingte Hochregulation von HSP70 zu einer signifikanten Verzögerung der Abstoßungsreaktion. Da die Abstoßung wesentlich das Ergebnis von allogenen Transplantationen beeinflusst, bieten unsere Erkenntnisse eine Möglichkeit, die funktionellen Resultate von CTA zu verbessern.

Abstract

Background: In spite of great advances in the field of composite tissue allotransplantations (CTA), there is still a major need for optimisation in terms of immunosuppression. Heat shock proteins are produced as a reaction of the body during a stress situation. Once elevated, they protect against a second stress and reduce ischaemia-reperfusion injury within transplantations. In the literature the effect of heat shock and HSP70 on rejection after CTA has not been described. The purpose of this experimental study was to examine the effect of heat shock proteins on rejection in a rat model of CTA. Evaluated was the effect of preconditioning by prior heat stress.

Methods and Materials: Brown Norway rats were systemically heated to a core temperature of 42 °C in order to up-regulate HSP70. The expression of HSP70 in muscle was measured by Western blot analysis and showed a peak 24 h after heat shock. Allogeneic hindlimb transplantations were performed between Brown Norway rats (donor) and Lewis rats (recipients). Group 1 (n=12) was preheated 24 h prior to transplantation. In group 2 (n=12) the transplantation was performed without prior heat shock. Group 3 (n=6) was used as a control group with syngeneic hindlimb transplantations between Lewis rats. Postoperatively the appearance of the transplanted hindlimb was evaluated every 12 h. The beginning of rejection was defined when plantar erythema and foot oedema could be observed at the same time. To verify these discrete signs of rejection, the observation was continued for a further 24 h. In this time erythema and oedema spread over the whole transplanted hindlimb. The rat was sacrificed after specimens of skin and muscle had been taken for histological assessment.

Results: The rejection in group 1 (with preconditioning heat shock) began after 4.83±0.44 days, in group 2 (without heat shock) already after 3.88±0.53 days. The difference between these groups was significant because of the small standard deviation (Whitney-Mann U test: p<0.01).

Conclusion: In our model of allogeneic composite tissue transplantation, a heat shock and subsequent up-regulation of HSP70 led to a significant delay of the immunological rejection. As the graft rejection is an important item influencing the outcome of allogeneic transplantations, these results represent an option to improve the final functional outcome of composite tissue allotransplantations.

Schlüsselwörter

Composite Tissue Allotransplantation - Transplantationschirurgie - Abstoßungsreaktion - Hitzeschockprotein - HSP70

Key words

composite tissue allotransplantation - transplantation surgery - rejection - heat shock protein - HSP70

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