Jessica Suwandi

Het immuunsysteem bestaat uit een complex netwerk dat het lichaam beschermt tegen ziekteverwekkers en kanker. Auto-immuunziekten en inflammatoire aandoeningen worden veroorzaakt door een verstoord en onevenwichtig immuunsysteem waarbij lichaamseigen cellen worden vernietigd door immuun cellen als gevolg van een ontstekingsreactie. In dit proefschrift richtte ik me op type 1 diabetes als auto-immuunziekte om de ontsporing van het afweersysteem en celtherapie met tolerogene dendritische cellen te onderzoeken.

Type 1 diabetes is een auto-immuunziekte waarbij insuline producerende β-cellen in de alvleesklier vernietigd worden door cytotoxische CD8 T-cellen. Patiënten met type 1 diabetes hebben hierdoor een insuline tekort, wat leidt tot een verstoorde glucosebalans in het bloed en op de lange termijn een verhoogd risico op vasculaire complicaties. Diabetes is een wereldwijd probleem en de prevalentie wordt momenteel geschat op 463 miljoen mensen waarvan 5-10% veroorzaakt wordt door type 1 diabetes en 90-95% door type 2 diabetes. In tegenstelling tot type 1 diabetes, wordt type 2 diabetes veroorzaakt door een combinatie van insulineresistentie (minder gevoelig worden voor insuline) en een geleidelijk verlies van de insuline productie. Type 1 diabetes is het meest voorkomende type diabetes bij kinderen en adolescenten en zal naar voorspelling de komende jaren in aantal groeien, vooral bij jonge kinderen tussen 0-4 jaar. De oorzaak van type 1 diabetes is niet volledig opgehelderd, vermoedelijk zijn verschillende factoren van invloed. Er wordt gedacht dat omgevingsfactoren zoals infecties en darmbacteriën in genetisch belaste individuen een auto-immuun reactie kunnen opwekken tegen β-cellen. Maar er is weinig bekend over hoe dit ziekteproces op gang komt.

In hoofdstuk 2 van dit proefschrift hebben wij alvleesklier weefsel bestudeerd van een individu met hoog risico op type 1 diabetes (gekenmerkt door de aanwezigheid van meerdere auto-antilichamen in het bloed). We vonden in het weefsel kenmerkende tekenen van type 1 diabetes, zoals hyperexpressie van MHC klasse I moleculen en infiltratie van cytotoxische T-cellen. Hieruit blijkt dat al weefsel afwijkingen ontstaan voordat symptomen van type 1 diabetes tot uiting komen. Opvallend was dat de expressie van MHC klasse I onregelmatig was en een vitiligo-achtige patroon vertoonde, wat betekent dat niet alle β-cellen evenredig worden aangetast. Daarnaast ging expressie van MHC klasse I gepaard met meer infiltratie van cytotoxische T-cellen.

Auto reactieve cytotoxische T-cellen in het bloed van type 1 diabetes patiënten werden onderzocht in hoofdstuk 3. Deze T-cellen komen in lage frequenties voor in het bloed en zijn tot heden weinig bestudeerd. Wij maakten gebruik van MHC klasse I tetrameren om cytotoxische T-cellen gericht tegen β-cellen te detecteren en vervolgens te karakteriseren door middel van massa cytometrie (CyTOF). CyTOF is een relatief nieuw platform waarbij cellen gekarakteriseerd worden door middel van antilichamen gebonden aan metaal isotopen, hierdoor kunnen meer dan 35 eiwitten tegelijkertijd gemeten worden op een cel. We vonden een opmerkelijke heterogeniteit in het fenotype van cytotoxische T-cellen van type 1 diabetes patiënten en vonden geen gedeelde markerexpressie op auto reactieve T-cellen gericht tegen type 1 diabetes-geassocieerde antigenen. De fenotypische heterogeniteit binnen en tussen patiënten zou kunnen wijzen op variabiliteit in auto-immuun reacties in het beloop van type 1 diabetes.

Tot heden is de behandeling voor type 1 diabetes voornamelijk gericht op het reguleren van de glucosebalans door insuline toediening, wat een aanzienlijke belasting geeft op het dagelijkse leven van patiënten. Er wordt veel onderzoek gedaan naar therapieën die het ziekteproces mogelijk kunnen remmen. In de overige hoofdstukken van dit proefschrift richt ik mij op celtherapieën die tolerantie kunnen induceren en auto-immuun reacties kunnen afremmen.

In hoofdstuk 4.1 wordt beschreven hoe tolerogene dendritische cellen kunnen aangrijpen in het ziekteproces van type 1 diabetes, maar ook reumatoïde artritis, een ziekte dat veel vergelijkingen vertoont met type 1 diabetes. Tolerogene dendritische cellen zijn antigeen presenterende (immuun) cellen die in vitro gemoduleerd zijn zodat ze een regulerende functie hebben. Tolerogene dendritische cellen hebben de capaciteit om het immuun systeem in balans te brengen door inflammatoire T-cellen te remmen en regulatoire T-cellen te induceren/stimuleren. Het immuun systeem kan specifiek worden afgeremd door tolerogene dendritische cellen te laden met specifieke antigenen die zijn betrokken bij het ziekteproces van type 1 diabetes. Bescherming tegen ziekteverwekkers en kanker blijven hierdoor intact.

Regulatoire T-cellen geïnduceerd in vitro door tolerogene dendritische cellen worden uitgebreid gekarakteriseerd in hoofdstuk 4.2. Deze regulatoire T-cellen bestonden uit subpopulaties met verschillende fenotypes waarvan CD45RA- CD25hi en CD45RA- CD25lo de meest prominente waren. Beide populaties konden CD4 T-cellen inhiberen, maar alleen de CD45RA- CD25hi populatie was in staat om ook CD8 T-cel lysis te stoppen.

In hoofdstuk 5 worden de klinische toepassingen van immuun modulerende celtherapie beschreven. Hoofdstuk 5.1 beschrijft methoden om immunologisch effect in patiënten te meten aan de hand van het werkingsmechanisme van tolerogene dendritische cellen. Deze methoden zijn toegepast in hoofdstuk 5.2, waarin de immunologische effecten zijn beschreven in een fase I klinische trial. Twee doses van tolerogene dendritische cellen geladen met proinsuline peptide werden intradermaal toegediend in patiënten met type 1 diabetes. Antigeen-specifieke reacties werden gemeten door middel van proliferatie (LST), cytokine (ELISPOT) en quantum dot (Qdot; kwantificatie van auto reactieve T-cellen) assays. Patiënten die voorafgaand aan de behandeling een reactie vertoonden tegen het vaccin peptide (proinsuline) vertoonden een afname van auto-immuniteit. Veranderingen in immuun populaties in het bloed worden bestudeerd met flow cytometrie en CyTOF. Twee effector populaties (Th17 en CDNOP Trm CD4 T-cellen) vertoonden een piek na behandeling, waarbij de Th17 populatie verder afnam dan de begin frequentie. Daarnaast nam een specifieke regulatoire T-cel populatie (ICOS CCR4 TIGIT) in frequentie toe. Deze bevindingen duiden op een immunologisch effect van tolerogene dendritische cel therapie in vivo. Mogelijke klinische effecten worden in een vervolgstudie bestudeerd in patiënten met recent ontstane type 1 diabetes.

Tenslotte wordt celtherapie belicht in een andere klinische setting (zowel qua ziekte als strategie) in hoofdstuk 5.3. In dit hoofdstuk wordt het effect van mesenchymale stromale celtherapie bestudeerd in kinderen met graft-versus-host ziekte, waarbij immuun cellen afkomstig van de stamcel donor het weefsel van de ontvanger aanvallen. Met name de huid, darmen en lever worden aangetast in graft-versus-host ziekte. Mesenchymale stromale cellen zijn ongedifferentieerde bindweefselachtige cellen en hebben net als tolerogene dendritische cellen een regulerende functie op het immuunsysteem. Daarnaast kunnen mesenchymale stromale cellen differentiëren in verschillende celtypes, waardoor ze weefselherstel kunnen bevorderen. Door deze eigenschappen wordt mesenchymale stromale cel therapie toegepast in verschillende aandoeningen, waaronder graft-versus-host ziekte. Verschillende studies hebben een positief effect aangetoond van mesenchymale stromale cellen in het herstel van graft-versus-host ziekte. Wij vergeleken immuun cellen van patiënten die klinische verbetering vertoonden na mesenchymale stromale cel therapie met patiënten die geen klinische verbetering vertoonden. Bij klinische verbetering daalden effector T cellen met hoge expressie van receptoren die migratie naar de darm en huid mogelijk maken. Een toename van deze cellen werd waargenomen bij de groep zonder klinische verbetering, dit ging gepaard met een toename van regulatoire T cellen. We vonden ook verschillen tussen de groepen voor de behandeling. Patiënten die geen klinische verbetering vertoonden lieten tekenen zien van verhoogde ontsteking in verschillende immuun populaties waaronder specifieke T-cellen, B-cellen en myeloide cellen. Dit betekent mogelijk dat mesenchymale cellen niet effectief genoeg zijn bij vergevorderde graft-versus-host ziekte en vroege behandeling nodig is.

Immuun modulerende celtherapie zoals tolerogene dendritische cellen, maar ook mesenchymale stromale cellen zijn veelbelovende behandelingen voor auto-immuun en inflammatoire ziekten. Inzicht in ziekteprocessen en werkingsmechanisme zijn cruciaal voor de ontwikkelingen en optimalisatie van nieuwe celtherapieën. Voortzetting van het onderzoek zal mogelijk leiden tot de toepassing van celtherapie in de reguliere praktijk als aanvullende behandel optie.