Antithymocyte Globulin Plus G-CSF Combination Therapy Leads to Sustained Immunomodulatory and Metabolic Effects in a Subset of Responders With Established Type 1 Diabetes.

Low-dose antithymocyte globulin (ATG) plus pegylated granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) preserves β-cell function for at least 12 months in type 1 diabetes. Herein, we describe metabolic and immunological parameters 24 months following treatment. Patients with established type 1 diabetes (duration 4-24 months) were randomized to ATG and pegylated G-CSF (ATG+G-CSF) (N = 17) or placebo (N = 8). Primary outcomes included C-peptide area under the curve (AUC) following a mixed-meal tolerance test (MMTT) and flow cytometry. "Responders" (12-month C-peptide ≥ baseline), "super responders" (24-month C-peptide ≥ baseline), and "nonresponders" (12-month C-peptide < baseline) were evaluated for biomarkers of outcome. At 24 months, MMTT-stimulated AUC C-peptide was not significantly different in ATG+G-CSF (0.49 nmol/L/min) versus placebo (0.29 nmol/L/min). Subjects treated with ATG+G-CSF demonstrated reduced CD4+ T cells and CD4+/CD8+ T-cell ratio and increased CD16+CD56hi natural killer cells (NK), CD4+ effector memory T cells (Tem), CD4+PD-1+ central memory T cells (Tcm), Tcm PD-1 expression, and neutrophils. FOXP3+Helios+ regulatory T cells (Treg) were elevated in ATG+G-CSF subjects at 6, 12, and 18 but not 24 months. Immunophenotyping identified differential HLA-DR expression on monocytes and NK and altered CXCR3 and PD-1 expression on T-cell subsets. As such, a group of metabolic and immunological responders was identified. A phase II study of ATG+G-CSF in patients with new-onset type 1 diabetes is ongoing and may support ATG+G-CSF as a prevention strategy in high-risk subjects

ATG proteins mediate efferocytosis and suppress inflammation in mammary involution.

Involution is the process of post-lactational mammary gland regression to quiescence and it involves secretory epithelial cell death, stroma remodeling and gland repopulation by adipocytes. Though reportedly accompanying apoptosis, the role of autophagy in involution has not yet been determined. We now report that autophagy-related (ATG) proteins mediate dead cell clearance and suppress inflammation during mammary involution. In vivo, Becn1(+/-) and Atg7-deficient mammary epithelial cells (MECs) produced 'competent' apoptotic bodies, but were defective phagocytes in association with reduced expression of the MERTK and ITGB5 receptors, thus pointing to defective apoptotic body engulfment. Atg-deficient tissues exhibited higher levels of involution-associated inflammation, which could be indicative of a tumor-modulating microenvironment, and developed ductal ectasia, a manifestation of deregulated post-involution gland remodeling. In vitro, ATG (BECN1 or ATG7) knockdown compromised MEC-mediated apoptotic body clearance in association with decreased RAC1 activation, thus confirming that, in addition to the defective phagocytic processing reported by other studies, ATG protein defects also impair dead cell engulfment. Using two different mouse models with mammary gland-associated Atg deficiencies, our studies shed light on the essential role of ATG proteins in MEC-mediated efferocytosis during mammary involution and provide novel insights into this important developmental process. This work also raises the possibility that a regulatory feedback loop exists, by which the efficacy of phagocytic cargo processing in turn regulates the rate of engulfment and ultimately determines the kinetics of phagocytosis and dead cell clearance

Relaxation of curvature induced elastic stress by the Asaro-Tiller-Grinfeld instability

A two-dimensional crystal on the surface of a sphere experiences elastic stress due to the incompatibility of the crystal axes and the curvature. A common mechanism to relax elastic stress is the Asaro-Tiller-Grinfeld (ATG) instability. With a combined numerical and analytical approach we demonstrate, that also curvature induced stress in surface crystals can be relaxed by the long wave length ATG instability. The numerical results are obtained using a surface phase-field crystal (PFC) model, from which we determine the characteristic wave numbers of the ATG instability for various surface coverages corresponding to different curvature induced compressions. The results are compared with an analytic expression for the characteristic wave number, obtained from a continuum approach which accounts for hexagonal crystals and intrinsic PFC symmetries. We find our numerical results in accordance with the analytical predictions.Comment: 6 pages, 5 figure

THE OUTCOME OF ATG ON THE STEM CELL TRANSPLANTS FROM MATCHED UNRELATED DONOR, A SINGLE INSTITUTE EXPERIENCE

poster abstractBACKGROUND: Antithymocyte globulin (ATG) was found to decrease the morbidity of stem cell transplant (SCT) from matched unrelated donor (MUD) by decreasing the incidence of chronic graft vs host disease cGvHD, and at high doses, acute GvHD. We reviewed our results of MUD transplants where ATG was incorporated into the preparative regimen, and compared the results to patients prior to September 2006 where ATG was not used. The primary endpoints were the effect on GvHD and lethal infectious complications. Method: All stem cell transplants from MUD performed after 2000 at IU hospital for treatment of hematological malignancies using a myelo-ablative regimen were retrospectively reviewed. Result: between 1/2000 and 3/2009 seventy nine stem cell transplants were conducted using stem cells from MUD. 28 patients received ATG at a total dose of 7.5mg/kg vs 51 patients who did not receive ATG. Both groups were matched in term of age, sex, underline malignancies, degree of HLA-match, CMV serology, and conditioning regimens. Ninety-six percent of patient in ATG group received prophylaxis for GvHD using FK506/Sirolimus vs 14% in the no ATG group where a methotrexate based treatment was used (P<0.0001). The rate of Grade II-VI acute GVHD at day 100 was significantly lower in the ATG group compare to no ATG (14% vs 39%, P =0.011). Although however, the rate of chronic GVHD at 1 year was higher in ATG group than in the no ATG group, this was statistically not significant (43% and 23%; P=0.2). The rates of overall fungal infections and lethal fungal infections were comparable (14% and 10%) for ATG vs (17% and 11%) for no ATG (p =0.70). The rate of primary CMV infection (i.e., in patient not receiving corticosteroid treatment for GVHD) was higher in ATG group, although not statistically significant (31% vs 17%, P=0.27). Day 100 mortality was 15% and 25% in ATG and no ATG group respectively, overall survival at 1 and 2 years was 47% and 31% for ATG group vs 49% and 36% for no ATG group (P>0.05), Median time to death was 8.6 months (CI95%, 1.8-15.4) and 11.9 months (CI95%, 8-15.7) with P=0.7. The mortality from GVHD at 4 months was 0% in ATG group vs 12% in no ATG group (P =0.08).While the mortality rate from bacterial infection and sepsis were equivalent, more patients in the ATG group who did not receiving corticosteroid treatment for aGVHD died from viral and fungal infection (15% vs 0% at 8 months, P=0.013). Summary: While ATG was associated with a trend toward lower mortality rate at day 100 due to statistically significant decrease in incidence and mortality of aGVHD, it was associated with increase rate of delayed-onset acute GVHD and statistically significant high rate of lethal viral and fungal infection leading to similar overall survival at 1 and 2 years. This study demonstrates the lack of overall benefit of ATG at dose of 7.5mg/kg. Further study to investigate the outcome of using lower doses of ATG to lower the rate of lethal infections while still reducing the risk of GvHD is recommended

Wirksamkeitsprüfung von Anti-T-Lymphozyten-Globulinen : Entwicklung und Validierung von In-vitro-Methoden als Ersatz des Affenhaut-Transplantationstests

Anti-T-Lymphozyten-Globuline (ATG) sind Immunglobuline zur Anwendung am Menschen. Sie werden aus den Seren von Kaninchen oder Pferden gewonnen, die zuvor mit humanen Thymozyten oder einer etablierten humanen T-Zell-Linie immunisiert wurden. ATG besitzen ein sehr starkes immunsuppressives Potenzial. In der klinischen Anwendung werden sie überwiegend bei Organtransplantationen, Knochenmarktransplantationen und zur Behandlung einzelner Autoimmunerkrankungen, wie z. B. der aplastischen Anämie, eingesetzt. Wissenschaftliches Ziel der Arbeit war, einen umfangreichen Beitrag zur immunologischen Charakterisierung und Spezifizierung unterschiedlicher ATG-Präparate zu erbringen. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung für die Entwicklung und Validierung experimenteller Methoden, sodass die bisher verwendeten Praktiken der Wirksamkeitsprüfung von ATG entsprechend dem Stand der Wissenschaft abgelöst und der Tierversuch (Affenhaut-Transplantationstest; Balner H et al., 1968) ersetzt werden können. Darüber hinaus wurde in diesem Zusammenhang der Entwurf einer Arzneibuch-Monografie für ATG vorgelegt. Der immunsuppressive Wirkmechanismus von ATG ist selbst nach 40 Jahren klinischer Erfahrung nicht eindeutig geklärt. Ihre Wirksamkeit vermitteln sie über ihre spezifische Bindung an Lymphozyten, woraus sich modellhaft vier Effekte unterscheiden lassen: Die Reihe der Fc-abhängigen zytotoxischen Mechanismen, eine von ATG ausgelöste Aktivierung, eine über Todesrezeptoren (z.B. Fas/Apo-1) von ATG direkt induzierte Apoptose sowie die Maskierung von Rezeptoren. Die zytotoxische Wirkung von ATG und die Induktion des programmierten Zelltodes (Apoptose) wurde am Durchflusszytometer (FACS) nach Färbung der toten Zellen bzw. durch den Nachweis von DNA-Fragmentierung analysiert. Der Einfluss von ATG auf die Lymphozyten-Aktivierung in vitro sowie auf die gemischte Lymphozyten-Reaktion (mixed lymphocyte reaction, MLR) wurde durch Messung der Lymphozyten-Proliferation anhand des Einbaus von radioaktiv markiertem Thymidin bestimmt. Biochemisch wurden die in ATG enthaltenen anti-Lymphozyten-Antikörper durch den sog. Kinase-Assay charakterisiert. In einer nicht radioaktiven Methode wurden Zelloberflächenmoleküle zunächst biotinyliert. Nach Lyse der Zellen wurden die Proteine mit ATG präzipitiert, gelelektrophoretisch aufgetrennt sowie mittels Streptavidin und Chemilumineszenz im Westernblot nachgewiesen. Für das Verständnis der klinischen Wirksamkeit von ATG ist die Aufklärung der molekularen Mechanismen der komplement-unabhängigen, zytotoxischen Wirkung von erheblicher Bedeutung, da die enorme zytolytische, aber auch die breite immunsuppressive Wirkung von ATG nicht allein durch die Fc-abhängige Zytotoxizität erklärt werden kann. ATG können bei bestimmten Zielzellen Fas-abhängige Apoptose auslösen; darüber hinaus sind ATG aber auch in der Lage, einen komplement-unabhängigen Zelltod in Fas-resistenten Zell-Linien und T-Zell-Klonen, die resistent gegenüber aktivierungsinduziertem Zelltod (AICD) sind, auszulösen. In Kompetitionsversuchen konnte gezeigt werden, dass ATG entsprechende Antikörper-Spezifitäten gegen das Molekül CD95 (Fas/Apo-1) enthalten. Ferner konnten wir nachweisen, dass die durch ATG initiierte Fas-abhängige Apoptose und/oder der AICD durch Fas-neutralisierende Antikörper inhibiert werden können, was auch von anderen Arbeitsgruppen gezeigt wurde (Genestier L et al., 1998). Die DNA-Fragmentierung, als Nachweis von Apoptose, lässt sich nach der ATG-Inkubation von Fas-sensitiven Zielzellen durch Inhibitoren der Caspase-1 (Z-VAD-FMK) komplett sowie durch Inhibitoren der Caspase-3 (Ac-DMQD-CHO) und -6 (Ac-VEID-CHO) teilweise inhibieren. Die zytotoxische Wirkung von ATG lässt sich jedoch nicht in gleichem Maße durch Inhibitoren der Caspase-1 reduzieren, wie bei einem Apoptose induzierenden mAk gegen Fas. Es wird deutlich, dass ATG eine breit gefächerte zytotoxische Wirkung auf verschiedene Zellpopulationen ausüben, die alle mehr oder weniger eine Rolle in der klinischen Wirksamkeit von ATG spielen können. ATG sind in der Lage, periphere blutmononukleäre Zellen (PBMC) zu aktivieren, wobei der Proliferationsindex in etwa dem eines Standardmitogens, wie z. B. Phytohämagglutinin (PHA), entspricht. Isolierte T-Lymphozyten werden ebenfalls aktiviert, zeigen jedoch eine geringere Proliferationsrate. In PHA-Blasten lassen sich schwache Veränderungen im Muster der Protein-Tyrosin-Phosphorylierung erkennen, wobei eine gewisse Ähnlichkeit im Bandenmuster sowie in der Intensität zwischen der Stimulation mit ATG und dem anti-CD2 mAk zu erkennen ist. Im Unterschied zu publizierten Studien konnte in dieser Arbeit kein spezifisch hemmender Effekt der ATG auf die MLR nachgewiesen werden. Aus den Untersuchungen zur Charakterisierung der ATG hat sich der komplement-abhängige Zytotoxizitätstest, gemessen am Durchflusszytometer, als die Methode herausgestellt, die, bezogen auf den Wirkmechanismus der ATG und im Hinblick auf eine Routineanwendung in der Chargenprüfung, am besten geeignet ist. Eine Evaluierung der Methode wurde im Rahmen eines Ringversuches, an dem sich sieben verschiedene Labore beteiligten, durchgeführt. Die mittlerweile gültige Arzneibuch-Monografie für ATG (Ph. Eur.: 1928) sieht diese in vitro Methode zur Wirksamkeitsprüfung von ATG vor, womit die Voraussetzungen zur Abschaffung des Affenhaut-Transplantationstests geschaffen wurden. Neben einer zellulären Charakterisierung der ATG konnte gezeigt werden, dass sich insbesondere biochemische Methoden, wie z. B. der Kinase-assay oder die Biotinylierung von Zelloberflächenmolekülen, sehr gut zur Identitätsprüfung von ATG eignen. Mit beiden Methoden ließen sich produktspezifische Bande nachweisen. Im Rahmen der Entwicklung von ATG sind diese Methoden geeignet, die Konsistenz der Chargenproduktion zu überprüfen, sodass auch hier Alternativen zum Tierversuch vorhanden sind

Improved Nonrelapse Mortality and Infection Rate with Lower Dose of Antithymocyte Globulin in Patients Undergoing Reduced-Intensity Conditioning Allogeneic Transplantation for Hematologic Malignancies

We sought to reduce the risk of infectious complications and nonrelapse mortality (NRM) associated with the use of antithymocyte globulin (ATG) without compromising control of acute graft-versus-host disease (aGVHD) in patients undergoing reduced-intensity conditioning (RIC) transplantation. As part of an ongoing quality improvement effort, we lowered the dose of rabbit ATG from 7.5 mg/kg of ATG (R-ATG) (n = 39) to 6.0 mg/kg of ATG (r-ATG) (n = 33) in association with fludarabine (Flu) and busulfan (BU) RIC transplantation and then monitored patients for adverse events, relapse, and survival. Of the 72 mostly high risk (82%) patients studied, 89% received unrelated donor allografts, 25% of which were HLA-mismatched. No differences in posttransplantation full donor-cell chimerism rates were observed between the 2 ATG-dose groups (P > .05). When R-ATG versus r-ATG patients were compared, we observed no significant difference in the cumulative incidence of grade II-IV aGVHD (32% versus 27%; P = .73) or grade III-IV aGVHD (23% versus 11%; P = .28). However, the r-ATG group had significantly less cytomegalovirus (CMV) reactivation (64% versus 30%; P = .005) and bacterial infections (56% versus 18%; P = .001), a better 1-year cumulative incidence of NRM (18% versus 3%; P = .03), and a trend for better 1-year overall survival (OS) (64% versus 84%; P = .07) compared to R-ATG patients. A seemingly modest reduction in the dose of rabbit ATG did not compromise control of aGVHD or achievement of donor chimerism, but led to a significant decrease in the risk of serious infections and NRM in high-risk RIC allograft recipients

Rabbit Anti T-Lymphocyte Globulin Induces Apoptosis in Peripheral Blood Mononuclear Cell Compartments and Leukemia Cells, While Hematopoetic Stem Cells Are Apoptosis Resistant

AbstractPolyclonal anti-T-lymphocyte globulins (ATG) are used in allogeneic stem cell transplantation (SCT) for the prophylaxis of graft versus host disease (GVHD) by in vivo T cell depletion. In this study we investigated the complement independent induction of apoptosis by rabbit ATG in peripheral blood mononuclear cell (PBMNC) compartments and hematopoetic stem cells (HSC). We also detected antileukemic activity of ATG by measuring apoptosis in myeloid and lymphatic leukemia cell lines and primary leukemia cells. We found ATG to induce apoptosis in T-lymphocytes (CD4+, CD8+), B-lymphocytes (CD20+), natural killer (NK)-cells (CD56+), and monocytes (CD14+). HSC, in contrast, were apoptosis resistant and could be growth stimulated by low-dose ATG in the presence of bystander cells. The human leukemia cell lines Jurkat, Daudi, DG-75 (lymphoblastic), and K562, HL-60, KG1, and U937 (myeloblastic) underwent ATG-induced apoptosis, whereas the NK-cell line YT was resistant. Primary leukemia cells from 6 investigated patients with acute lymphoblastic leukemia, 9 of 10 patients with chronic lymphocytic leukemia, and 4 of 8 patients with acute myeloblastic leukemia underwent ATG-induced apoptosis. We conclude apoptosis induction in all PBMNC compartments contributes to GVHD prophylaxis. ATG might support engraftment. Finally, antileukemic activity of ATG could positively influence the transplantation outcome