New immune-therapeutic approaches for treatment of type-1-diabetes mellitus in the non-obese-diabetic-mouse-model with special focus on antigen presenting cells
Hintergrund/Ziele Antigen präsentierende Zellen nehmen bei Autoimmunerkrankungen wie dem Diabetes mellitus Typ 1 eine Schlüsselrolle ein. In den hier abgehandelten Studien wurde daher an einem etablierten Mausmodell des Autoimmundiabetes, der „non-obese-diabetic“ (NOD) Maus, zunächst untersucht, ob Antigen präsentierende Zellen myeloiden Ursprungs mit immunsuppressivem Potential einen Einfluss auf die Immunpathogenese des Autoimmundiabetes haben. Verwendet wurden hierfür Vorläufer dendritischer Zellen, sog. Myeloide Suppressorzellen (engl. myeloid derived suppressor cells, MDSC), die bereits in verschiedenen Tumormodellen ein besonderes immunsuppressives Potential gezeigt haben. Des Weiteren wurde in der NOD-Maus untersucht, ob eine pharmakologische Beeinflussung Antigen präsentierender Zellen durch das makrozyklische Kohlenstoff-Suboxid 18 (MCS-18) einen positiven Einfluss auf den Autoimmundiabetes hat, zumal diese Substanz bereits im Tiermodell der multiplen Sklerose eine günstige Beeinflussung des Krankheitsverlaufs gezeigt hat. Methoden Weibliche NOD-Mäuse, die unter speziell keimarmen Verhältnissen in mindestens 80% der Fälle bis zur 30. Lebenswoche einen manifesten Diabetes mellitus Typ 1 entwickeln, erhielten MDSC intravenös (i.v.) zu verschiedenen Zeitpunkten der Insulitis (frühe Phase der Insulitis: 8. Lebenswoche; späte Phase der Insulitis: 12. Lebenswoche) in verschiedenen Konzentrationen oder MCS-18 intraperitoneal (i.p.) in verschiedenen Dosen in der frühen Phase der Insulitis. Es erfolgte ein wöchentliches Screening bzgl. einer Glukosurie als Ausdruck eines manifesten Diabetes mellitus. Bei Erreichen der 30. Lebenswoche oder bei Diabetesmanifestation wurde das Ausmaß der Insulitis anhand einer histologischen Untersuchung des Pankreas sowie der Einfluss einer Behandlung auf die Stimulierbarkeit von Lymphozyten der Milz mit Inselzellantigenen untersucht. Zusätzlich wurde das Migrationsverhalten von MDSC nach i.v.-Applikation mittels fluoreszenz-aktivierter Zellsortierung (FACS) der Milz-Monozyten und immunhistochemischer Untersuchungen des Pankreas analysiert, um Rückschlüsse auf einen primären Wirkort ziehen zu können. Beobachtungen und Ergebnisse Eine Behandlung mit MDSC konnte sowohl in der frühen als auch in der fortgeschrittenen Insulitis die Diabetesinzidenz signifikant senken. Morphologisch fand dies Niederschlag in einer Verminderung der Intrainsulitis bei gleichzeitiger Expansion der Fraktion peripher infiltrierter Inseln, was als protektive Insulitis gewertet wurde. In Korrelation hierzu zeigten Milz-Lymphozyten eine Th2-polarisierte Zytokinsekretion nach Stimulation mit definierten Inselzellantigenen. Zwar konnten MDSC unmittelbar nach Transfer in der Milz und in späteren Phasen auch im Randsaum der Langerhansinseln nachgewiesen werden, ein eindeutiger Wirkort konnte allerdings nicht identifiziert werden. Die Behandlung mit MCS-18 in der frühen Phase der Insulitis konnte ebenfalls eine signifikante Erniedrigung der Diabetesinzidenz bewirken. Hierbei ließ sich eine Korrelation zu einer Verminderung autoreaktiver Milz-Lymphozyten beobachten. Zugleich zeigte sich eine signifikante Reduktion der Intrainsulitis bei gleichzeitiger Expansion der Fraktion nicht infiltrierter Inseln. Praktische Schlussfolgerung/Diskussion Selbst die fortgeschrittene Autoimmuninsulitis ließ sich durch den Einsatz von MDSC günstig beeinflussen, weshalb die Anwendung dieser Zellen eine vielversprechende Therapiestrategie darstellt. Für einen sicheren Einsatz dieser Zellen beim Menschen bedarf es allerdings weiterer Kenntnisse über die Dynamik dieser Zellen, insbesondere bzgl. ihrer Fähigkeit, zu dendritischen Zellen ausreifen zu können. Demgegenüber hat MCS-18 in klinischen Studien bereits ein günstiges Risiko-/Nutzenprofil gezeigt, weshalb ein klinischer Einsatz zur Behandlung des Diabetes mellitus Typ 1 aufgrund der hier dargelegten Ergebnisse erwogen werden sollte.Background and aims Antigen-presenting cells exert a key role in type-1-diabetes as well as in other autoimmune diseases. Hence, successful therapy might depend on these cells to a high extend. In this context, myeloid-derived suppressor cells (MDSC) display progenitors of dendritic cells (DC) with extraordinary immunosuppressive potential as observed earlier in various tumour models. Therefore, it was one aim of this study to evaluate the influence of MDSC on type-1-diabetes in the non-obese-diabetic-(NOD) mouse-model, an established model of autoimmune diabetes. Another therapeutic approach might be based on the pharmacological manipulation of antigen-presenting cells. In this respect, the macrocyclic carbon suboxide MCS-18 has shown to ameliorate encephalitis disseminata in the EAE-mouse-model by impairing dendritic cell functions. Therefore, the influence of MCS-18 treatment on type-1-diabetes in the NOD-mouse-model was investigated in the second part of this study. Methods Female NOD mice are known to develop type-1-diabetes until the 30th week of life with a frequency of 80% if kept under special pathogen-free conditions. Treatment with MDSC was performed in different concentrations and at different stages of Insulitis (8th week: early stage insulitis; 12th week: late stage insulitis). Treatment with MCS-18 was performed at different concentrations at early stage insulitis. Screening for diabetes-manifestation was conducted weekly using a glucose measuring urin-stix. Either at the age of 30 weeks or at onset of diabetes mellitus insulitis was histological scored by analysing the degree of lymphocyte infiltration of the islets of Langerhans. Autoreactivity was measured by analysing the secretion of distinct cytokines upon stimulation with specific antigens of the islets of Langerhans. Moreover, the site of action of MDSC was investigated using fluorescence-activated cell sorting (FACS) and immunohistochemistry. Results At early as well as at late stage insulitis treatment with MDSC resulted in significant reduction of diabetes incidence. Further, intrainsulitits was reduced and periinsulitits was pronounced after treatment with MDSC indicating a protective type of insulitis. Moreover, splenocytic lymphocytes showed an autoprotective Th2-phenotype upon stimulation with islet-antigens when MDSC-treatment had been conducted. Although MDSC were detected in the spleen at day 7 after application and in the islet of Langerhans later, the site of action is still elusive. Treatment with MCS-18 led to a significant dose-depended reduction of diabetes-onset. Furthermore, a reduction of autoreactive splenocytic lymphocytes and a decrease in intrainsulitis was found after treatment with MCS-18. Discussion Treatment with MDSC led to significant reduction of diabetes incidence even when performed at late stage insulitis. However, the capacity of MDSC to mature to dendritic cells imposes an obstacle for the clinical use of these cells to date. Moreover, due to good experience in clinical practice MCS-18 should be applied for treatment of type-1-diabetes as it has proved efficacy in this study
