Amount of co-transplanted donor-derived leukocytes determines in-vivo microchimerism and mixed lymphocyte culture changes post-liver transplantation

Zusammenfassung

Einleitung: Mit einem Organtransplantat werden zusätzlich zu dem eigentlichen Parenchym trotz Spülung mit Konservierungslösungen eine große Anzahl von Spender-abstammenden Leukozyten übertragen. Der Einfluss dieser sog. „Passenger”-Lymphozyten auf die Entstehung eines Mikrochimärismus nach Lebertransplantation und daraus folgende immunologische Veränderungen wurden in dieser Studie untersucht.
Methode: 26 orthotope Lebertransplantationspatienten wurden prospektiv bez. immunologischer Veränderungen analysiert. Intraoperativ wurden Leberbiopsien bei der Präparation der Spenderleber auf dem Seittisch gewonnen. Periphere Blut-Lymphozyten wurden von den Patienten im Verlauf zu mehreren definierten Zeitpunkten abgenommen. Spender-Milzzellen wurden während der Organentnahme entnommen.
Ergebnisse: Die HLA-PCR-Analyse zeigte eine anhaltende Ausprägung eines Mikrochimärismus im peripheren Blut bei 15 von 26 Patienten bis durchschnittlich zur 7. Woche nach Transplantation. Nach diesem Zeitpunkt gelang der Nachweis im peripheren Blut nicht mehr, wahrscheinlich aufgrund des Auswanderns der Zellen in die Empfängergewebe mit Bildung eines sog. zentralen Mikrochimärismus. „Passenger”-Spender-Leukozyten konnten in allen Lebertransplantatbiopsien nachgewiesen werden. Für die 15 Patienten, welche nachfolgend einen Mikrochimärismus aufzeigten, war die Anzahl der „ Passenger”-Leukozyten in der Lebertransplantatbiopsie im Mittel 155,8 Leukozyten pro mm² Lebergewebe (Standardabweichung ± 23,2 Zellen/mm²). Für Patienten ohne nachfolgenden Chimärismus zeigten sich im Durchschnitt nur 90,4 „Passenger”-Leukozyten pro mm² untersuchtem Lebergewebe (Standardabweichung ± 14,5 Zellen/mm²). Die Lymphozytenproliferation, gemessen mittels der Spender-spezifischen „multiplen” gemischten Lymphozytenreaktion (dsmMLC), war bei den 15 Patienten mit stabilem Mikrochimärismus auf durchschnittlich 62 % (Standardabweichung ± 14,5 %) des präoperativen Ausgangswertes reduziert. Bei den anderen 11 Patienten ohne Mikrochimärismus blieben die dsmMLC Resultate wie präoperativ auf gleichbleibend hohen Werten mit einem Mittel von 106 % des präoperativen Ausgangswertes (Standardabweichung ± 13,4).
Diskussion: Die Ergebnisse dieser Studie zum Mikrochimärismus und zur Lymphozytenreaktivität nach Lebertransplantation weisen darauf hin, dass die Kotransplantation von Spender Leukozyten in einem Lebertransplantat eine wichtige und aktive Rolle in der Modulation des Empfänger-Immunsystems spielt.

Abstract

Objective: To evaluate the impact of passenger leukocytes in liver grafts on the rate of microchimerism induction after liver transplantation and to evaluate immunological changes thereafter based on serial donor-specific MLC's in these patients.
Methods: 26 orthotopic liver transplant recipients were prospectively evaluated for immunological changes based on the co-transplantation of donor-derived leukocytes. Intraoperatively harvested liver biopsies and peripheral blood-lymphocytes of liver transplant recipients were sampled at various time points. Donor spleen cells were obtained during organ procurement.
Results: HLA-PCR analysis demonstrated a stable pattern of microchimerism in 15 out of 26 patients. Microchimerism was detectable by PCR up to a mean of 7 weeks after transplantation, when chimerism in the peripheral blood became negative. Passenger donor leukocytes were present in all biopsies obtained during backtable preparation of the liver graft. For the 15 patients presenting microchimerism the rate of passenger leukocytes in the liver graft biopsies showed a mean of 155.8 leukocytes per mm² liver tissue (SD ± 23.2 cells/mm², range 121 to 217 cells per mm² tissue). Otherwise patients without chimerism showed’a mean of 90.4 passenger leukocytes per mm² tissue (SD ± 14.5 cells/mm², range: 52 to 99 cells/mm²). Lymphocyte proliferation, determined by donor-specific “multiple” single-way- mixed-lymphocyte-cultures (dsmMLC) was reduced to a mean of 62.2 % of preoperative values (SD ± 14.5 %, range 33 % to 88 %) in the 15 patients with stable microchimerism. Otherwise in the 11 patients without microchimerism dsmMLC results stayed at continuously higher levels with a mean of 106 % (SD ± 13.4, range 92 % to 134 %).
Conclusions: The results from these studies of microchimerism and lymphocyte reactivity after liver transplantation suggest that the co-transplantation of donor leukocytes plays an important and active role in the modulation of the host-immune system.

„Passenger”-Leukozyten - Chimärismus-gemischte Lymphozytenreaktion (MLR) - Lebertransplantation (LTx)

Passenger-leukocytes - chimerism-mixed lymphocyte reaction (MLR) - liver transplantation (LTx)

References

• 1 Aguila H L, Akashi K, Domen J, Gandy K L. et al . From stem cells to lymphocytes: biology and transplantation.  Immunol Rev. 1997;  157 13-40
• 2 Baak J P. The principles and advances of quantitative pathology.  Anal Quant Cytol Histol. 1987;  9 89-95
• 3 Braun M Y, McCormack A, Webb G, Batchelor J R. Evidence for clonal anergy as a mechanism responsible for the maintenance of transplantation tolerance.  Eur J Immunol. 1993;  23 1462-1468
• 4 Caillat-Zucman S, Legendre C, Suberbielle C, Bach J F. et al . Systemic chimerism in cadaveric kidney allograft recipients.  Transplant Proc. 1995;  27 153-154
• 5 Ciancio G, Miller J, Garcia-Morales R O, Carreno M. et al . Six-year clinical effect of donor bone marrow infusions in renal transplant patients.  Transplantation. 2001;  71 827-835
• 6 Dahmen U, Qian S, Rao A S, Demetris A J. et al . Split tolerance induced by’orthotopic liver transplantation in mice.  Transplantation. 1994;  58 1-8
• 7 Demetris A J, Markus B H. Immunopathology of liver transplantation.  Crit Rev Immunol. 1989;  9 67-92
• 8 Donckier V, Toungouz M, Goldman M. Transplantation tolerance and mixed chimerism: at the frontier of clinical application.  Transpl Int. 2001;  14 1-5
• 9 Hisanaga M, Hundrieser J, Boker K, Uthoff K. et al . Development, stability, and clinical correlations of allogeneic microchimerism after solid organ transplantation [see comments].  Transplantation. 1996;  61 40-45
• 10 Kabelitz D, Pohl T, Pechhold K. Activation-induced cell death (apoptosis) of mature peripheral T lymphocytes.  Immunol Today. 1993;  14 338-339
• 11 Kimikawa M, Sachs D H, Colvin R B, Bartholomew A. et al . Modifications of the conditioning regimen for achieving mixed chimerism and donor-specific tolerance in cynomolgus monkeys.  Transplantation. 1997;  64 709-716
• 12 Knoop C, Andrien M, Defleur V, Antonine. et al . Detection of blood chimerism after lung and heart-lung transplantation. The superiority of nested as compared with standard polymerase chain reaction amplification [see comments].  Transplantation. 1994;  58 1335-1338
• 13 Kubit V, Sonmez-Alpan E, Zeevi A, Paradis I. et al . Mixed allogeneic chimerism in lung allograft recipients.  Hum Pathol. 1994;  25 408-412
• 14 Lechler R, Marelli-Berg F M. Mechanisms of peripheral T-cell tolerance.  J Viral Hepat. 1997;  4 1-5
• 15 Loffeler S, Meyer D, Rolleke G, Gassel H J. et al . Microchimerism is associated with long-term graft acceptance in combined liver/small bowel transplantation.  Transplant Proc. 1998;  30 2555-2556
• 16 Masaki Y, Hirasawa A, Okuyama S, Tsujimoto G. et al . Microchimerism and heart allograft acceptance.  Transplant Proc. 1995;  27 148-150
• 17 Mathew J M, Carreno M, Fuller L, Ricordi C. et al . Modulatory effects of human donor bone marrow cells on allogeneic cellular immune responses.  Transplantation. 1997;  63 686-692
• 18 Mathew J M, Garcia-Morales R, Fuller L, Rosen A. et al . Donor bone marrow-derived chimeric cells present in renal transplant recipients infused with donor marrow. I. Potent regulators of recipient antidonor immune responses.  Transplantation. 2000;  70 1675-1682
• 19 McDaniel H B, Yang M, Sidner R A, Jindal R M. et al . Prospective study of microchimerism in transplant recipients [In Process Citation].  Clin Transplant. 1999;  13 187-192
• 20 Nickerson P, Steurer W, Steiger J, Zheng X. et al . Cytokines and the Th1/Th2 paradigm in transplantation.  Curr Opin Immunol. 1994;  6 757-764
• 21 Ohdan H, Yang Y G, Swenson K G, Kitamura H, Sykes M. T cell and B cell tolerance to Galα1,3-expressing heart xenografts is achieved in α1,3-galactosyltransferase-deficient mice by nonmyeloablative induction of mixed chimerism.  Transplantation. 2001;  71 1532-1542
• 22 Ota H, Yanagida H, Dobashi H, Ishida H. [Clonal deletion and clonal anergy as the mechanism of self- tolerance induction].  Nippon Rinsho. 1997;  55 1331-1336
• 23 Perico N, Remuzzi G. Acquired transplant tolerance.  Int J Clin Lab Res. 1997;  27 165-177
• 24 Porter K A. Pathology of liver transplantation.  Transplant Rev. 1969;  2 129-170
• 25 Remuzzi G. Cellular basis of long-term organ transplant acceptance: pivotal role of intrathymic clonal deletion and thymic dependence of bone marrow microchimerism-associated tolerance.  Am J Kidney Dis. 1998;  31 197-212
• 26 Rose S M, Blustein N, Rotrosen D for the expert p anel. Recommendations of the expert panel on ethical issues in clinical trials of transplant tolerance.  Transplantation. 1998;  66 1123-1125
• 27 Sellers M T, Deierhoi M H, Curtis J J, Gaston R S. et al . Tolerance in renal transplantation after allogeniec bone marrow transplantation - 6 year follow-up.  Transplantation. 2001;  71 1681-1683
• 28 Sharland A, Yan Y, Wang C, Bowen D G. et al . Evidence that apoptosis of activated T cells occurs in spontaneous tolerance of liver allografts and is blocked by manipulations which break tolerance.  Transplantation. 1999;  68 1736-1745
• 29 Sprent J. Central tolerance of T cells.  Int Rev Immunol. 1995;  13 95-105
• 30 Spriewald B M, Wassmuth R, Carl H D, Kockerling F. et al . Microchimerism after liver transplantation: prevalence and methodological aspects of detection.  Transplantation. 1998;  66 77-83
• 31 Starzl T E, Demetris A J, Trucco M, Ramos H. et al . Systemic chimerism in human female recipients of male livers.  Lancet. 1992;  340 876-877
• 32 Starzl T E, Demetris A J, Murase N, Ildstad S. et al . Cell migration, chimerism, and graft acceptance.  Lancet. 1992;  339 1579-1582
• 33 Thomas J M, Verbanac K M, Carver F M, Kasten-Jolly J. et al . Veto cells in transplantation tolerance.  Clin Transplant. 1994;  8 195-203
• 34 Thomson A W, Lu L, Murase N, Demetris A J. et al . Microchimerism, dendritic cell progenitors and transplantation tolerance.  Stem Cells (Dayt). 1995;  13 622-639
• 35 Wekerle T, Nikolic B, Pearson D A, Swenson K G, Sykes M. Minimal conditioning required in a murine model of T cell depletion, thymic irradiation and high-dose bone marrow transplantation fort he induction of mixed chimerism and tolerance.  Transpl Int. 2002;  15 248-253