DE19831873A1

DE19831873A1 - Verfahren und Einrichtung zur therapeutischen Immunmodulation

Info

Publication number: DE19831873A1
Application number: DE19831873A
Authority: DE
Inventors: Jens Altrichter; Jens Freytag; Steffen Mitzner; Jan Stange
Original assignee: Individual
Current assignee: Gambro Lundia AB
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2000-03-30
Also published as: US6509147B1

Abstract

Technisches Problem der Erfindung DOLLAR A Viele Krankheiten (z. B. Sepsis) sind u.a. durch eine Störung des Immunsystems gekennzeichnet. Trotz der bisherigen Therapie mit Antibiotika ist die Sterblichkeit noch immer sehr hoch. Auch die Gabe einzelner Zytokine hat bisher keine überzeugenden Resultate erbracht. DOLLAR A Lösung des Problems DOLLAR A Der Einsatz von Zellen in einem extrakorporalen Kreislauf, die immunmodulierend wirkende Stoffe adsorbieren bzw. selbst freisetzen können, ist ein völlig neuartiger komplexer Therapieansatz solcher Erkrankungen, der zu einer Besserung des Gesundheitszustandes der betroffenen Patienten führt. DOLLAR A Anwendungsgebiet DOLLAR A Medizin

Description

1. Technisches Gebiet

Medizin

2. Stand der Technik

Das heutige Wissen über den Verlauf und die Pathogenese einer Sepsis stammt wesentlich aus Untersuchungen über die Wechselwirkungen zwischen Gram-negativen Bakterien und dem menschlichen Organismus (Chest 1992; 101; 1644-1655). Die Hauptagenzien der Einleitung einer Sepsiskaskade stellen demnach die bakteriellen Endotoxine, eine Gruppe von Lipopolysacchariden aus der Zellwand Gram-negativer Bakterien, das (Reviews Infect Dis. 1983; 5; 733-747). Endotoxine, die wahrscheinlich potentesten fiebererzeugenden Substanzen (Pyrogene) überhaupt, aktivieren vor allem Monozyten und Endothelzellen. Durch die Freisetzung von Mediatoren bzw. Ausbildung von Adhäsionsmolekülen wird das Immunsystem aktiviert, ein Leukozytensticking vorbereitet. Es kommt zur Migration der Leukozyten in Gewebe mit hohem Chemotaxingehalt (Orte lokaler Entzündung). Kann die lokale Ursache beseitigt werden, dann sistiert der Entzündungsprozeß. Kommt es über längere Zeit intermittierend oder kontinuierlich zum übermäßigen Einschwemmen von Bakterien, Endotoxinen oder anderen antigen wirkenden Zellprodukten ins Blut, schlägt die sinnvolle Abwehrreaktion von Monozyten und Endothelzellen in einen autoaggressiven Prozeß mit schwersten Kreislaufdysregulationen, sekundären Organversagen, Gerinnungsstörungen (DIC) etc. um: eine Sepsis (mit positivem Erregernachweis) bzw. ein Systemic Inflammatory Response Syndrome (SIRS, kein Erreger nachweisbar) entwickeln sich und führen bei einfacher Sepsis in bis zu 30% der Fälle und im septischen Schock sogar bei bis zu 90% der Patienten zum Tod (Sepsis. An interdisciplinary challenge. Berlin, Heidelberg, New York: Springer Verlag, 1989).

Gram-positive Erreger als Ursache für Sepsis sind in den letzten Jahren verstärkt in das Blickfeld der Forschung gerückt. Zahlreiche Arbeiten beschäftigen sich mit der steigenden Inzidenz der Gram-positiver Sepsis im letzten Jahrzehnt. Statistiken zeigen, daß bereits jetzt 30 bis 40% aller Fälle von Sepsis auf Gram-positive Erreger zurückzuführen sind (Am J Med. 1991; 91 (suppl 3B): 72-89).

Die Behandlung der bakteriellen Sepsis in den intensivmedizinischen Zentren wird auf Grund der zunehmenden Antibiotikaresistenz zusätzlich erschwert.

Gegenwärtig wird die Sepsis als mehrphasiges Krankheitsbild betrachtet, bei dem sich an die Phase der Keimeinschwemmung eine sogenannte Hyperinflammationsphase mit einer übersteigerten Ausschüttung pro-inflammatorischer Zytokine, wie z. B. an Tumor-Nekro se-Faktor alpha (TNF alpha) oder einigen Interleukinen (z. B. Interleukin-1 und Interleukin-6), anschließt. Im weiteren Verlauf kommt es auf Grund von negativen Rückkopplungsmechanismen zu einem überschießenden Umschlag zugunsten der anti inflammatorischen Zytokine (Transformierender Wachstumsfaktor beta = TGF beta, Interleukin-4, Interleukin-10, Interleukin-13) und damit zur sogenannten Immunpara lyse-Phase, welche schließlich zum Tod des Patienten führt (Internist 1997; 38; 541-552). Eine klare Definition der einzelnen Phasen auf Grundlage konkreter paraklinischer Werte ist bisher jedoch noch nicht erfolgt.

Die ursächliche Behandlung der bakteriellen Sepsis ist bis heute nur in Ansätzen möglich. Die Hoffnungen stützten sich neben der Antibiotikatherapie auf die Anwendung antiinflammatorischer Stoffe, die derzeit auf ihre Effekte bei Gram-negativer Sepsis überprüft werden (Nature. 1990; 348: 550-552, FASEB J. 1991; 5: 338-343). Einige Studien hierzu sind bereits abgeschlossen und haben bisher eher enttäuschende Resultate erbracht. So konnten weder gegen Endotoxin-LipidA gerichtete Antikörper (N. Engl. J. Med. 1991; 324; 429-436, JAMA 1991; 266; 1097-1102) noch anti-Zytokin-Therapien gegen Tumor-Nekrose-Faktor alpha (Crit Care Med. 1993; 21; 318-327, JAMA 1995; 273; 934-941) bzw. Interleukin-1 (JAMA 1994; 271; 1836-1842) zu einer Senkung der Gesamtmortalität beitragen. Es scheinen jedoch Patienten mit sehr hohen Zytokinspiegeln zumindestens teilweise zu profitieren (Crit Care Med. 1993; 21; 318-327, Crit. Care Med. 1996; 24; 733-742). Die Studien sind jedoch durch eine große Heterogenität der Patientengruppen sowie die bisher nur unzureichende klinische Stadieneinteilung des Sepsisverlaufs gekennzeichnet.

Ein neuer Ansatz ist der Einsatz pro-inflammatorischer Zytokine (Interferon gamma) in der Phase der Immunparalyse, der in ersten nicht-randomisierten Studien erfolgversprechend scheint, jedoch bisher noch eine Sterblichkeit von über 30% zeigte (Nature Medicine 1997; 3; 678-681). Patentrechlich angemeldete immunmodulatorische Ansätze sind insbesondere die Gabe von einzelnen immunmodulatorischen Substanzen, wie z. B. einigen oben beschriebene Zytokinantagonisten (WO 9406431 A1, US 5 585 486, US 5 585 357, US 5 565 430, US 5 552 400), Mistel-Lektine (DE 42 21 836 A1), Fosfomycin (JP 09183730 A), Macrocyclische Substanzen (US 5 527 907, US 5 541 189, US 5 541 193, US 5 561 139, US 5 561 140 oder bakterielle Extrakte (WO 8909607 A, EP 363491 A1). Keiner dieser Ansätze konnte entscheidende therapeutische Gewinne bei der Therapie der Sepsis zeigen.

3. Mängel der bisher bekannten Ausführungen

Die bisher bekannten immunmodulatorisch- therapeutischen Ansätze wurden vorwiegend durch in-vivo Gabe von gegen Zytokine gerichtete Antikörper beziehungsweise andere die Zytokine bindende Eiweißpräparate durchgeführt und haben keinen bzw. nur geringen therapeutischen Nutzen gebracht. (Internist 1997; 38: 541-552, vgl. 2. Stand der Technik)

4. Technisches Problem

Bei Zuständen der Hyperinflammation bzw. Immunparalyse kommt es zum Anstieg der Blutplasmakonzentrationen einer Vielzahl von immunmodulierenden Stoffen wie z. B. Zytokinen, welche die Vorgänge der Abwehr von Infektionen z. T. erheblich stören. Die Auslöschung bzw. Zugabe eines einzelnen Zytokins hat bisher keinen überzeugenden therapeutischen Erfolg erbracht. Vielmehr sind die sinnvolle Entfernung von zu hohen Konzentrationen einzelner Zytokine sowie die Substitution anderer Zytokine, welche in zu geringer Konzentration vorhanden sind, gefragt, um das aus der Bahn gebrachte Immunsystem zu stabilisieren.

5. Mittel zur Lösung des techn. Problems

Die Komplexität des Problems der wechselnden Zytokin-Konzentrationen erfordert einerseits die sensible Messung, andererseits aber auch die Fähigkeit der schnellen Substitution der Zytokine. Allein durch die Zeitverzögerung bei der Bestimmung der Zytokin-Konzentration werden Substitutionstherapien in Form von Injektionen/Infusionen zukünftig nur bedingt zur Lösung beitragen können. Der Einsatz von Zellen, die mit ihren spezifischen Oberflächenrezeptoren Zytokine selektiv adsorbieren und damit der Zirkulation entziehen, andererseits aber auch selbst die im Blut unterrepresentierten Zytokine bzw. andere immunmodulatorisch wirksame Moleküle bilden und freisetzen können, stellt einen neuen Therapieansatz dar.

6. Ausführungsbeispiel

Blut wird durch Filtration oder Differentialzentrifiigation in korpuskuläre Bestandteile (u. a. Blutzellen) und das Blutplasma getrennt (Plasmapherese) und das Blutplasma bzw. Blutplasmabestandteile anschließend durch einen Bioreaktor geleitet, in dem sich immunmodulierende Zellen befinden (z. B. Vitamin D stimulierte HL60 Zellen). Diese Bioreaktorzellen binden über spezifische Oberflächenrezeptoren immunmodulierende Stoffe (z. B. binden HL60 Zytokine wie Interferon gamma und Wachstumsfaktoren wie Granulozyten-Kolonie-stimulierenden Faktor) und senken dadurch deren Konzentration im Plasma, setzen andererseits jedoch auch selbst als Reaktion auf äußere Reize immunmodulierende Stoffe frei (z. B. setzen stimulierte HL60 Zellen nach Inkubation mit opsoniertem Zymosan Interleukin 6 und Tumor-Nekrose-Faktor alpha frei) deren Konzentration hierdurch im Bioreaktoreluat bzw. Plasma ansteigt. Durch geeignete Verfahren (z. B. Zellfilter) wird sichergestellt, daß die Zellen vollständig im Bioreaktor zurückgehalten werden. Das Bioreaktoreluat wird anschließend mit den korpuskulären Blutbestandteilen wieder zusammengeführt und dem Patienten reinfundiert.

Z. B. überlebten CD-Ratten, die mit Escherichia coli Bakterien behandelt wurden, wesentlich länger, wenn das Plasma mit HL60 Zellen inkubiert wurde. Hierbei konnte einerseits eine Freisetzung von Zytokinen durch die HL60 Zellen nachgewiesen werden, andererseits zeigten die behandelten Tiere deutlich geringere eigene Zytokinspiegel z. B. an Tumor-Nekrose-Faktor alpha.

7. Vorteile der Erfindung

Mit der beschriebenen Erfindung erfolgt erstmalig ein kausaler Therapieansatz der Störung der Regulation des körpereigenen Immunsystems. Der Einsatz von Zellen, welche einerseits sehr sensitiv die Konzentrationen von immunmodulierenden Stoffen durch Adsorption an spezifische Oberflächenrezeptoren detektieren und andererseits immunmodulierend wirkende Substanzen freisetzen, stellt einen komplexen Regelmechanismus dar, welcher geeignet ist, die während einer schweren Infektion auftretende Störung der Regulation des körpereigenen Immunsystems zu verbessern. Der Einsatz der technischen Einrichtung der Erfindung gewährleistet zu jedem Zeitpunkt höchstmögliche Sicherheit für die Patienten. Aufgrund der Art der Ausführung der technischen Einrichtung ist eine Barriere zwischen den Patientenzellen und den Bioreaktorzellen zu jeder Zeit gewährleistet.

Claims

1. Verfahren zur therapeutischen Immunmodulation, gekennzeichnet dadurch, daß Zellen mit der Fähigkeit, immunmodulatorisch wirksame Moleküle aktiv zu sezernieren bzw. zu adsorbieren, in einem Bioreaktorsystem mit Patientenblutplasma-Bestandteilen in Kontakt gebracht werden, wobei eine therapeutisch günstige Beeinflussung der Zusammensetzung besagter Patientenblutplasma-Bestandteile dadurch erfolgt, daß besagte Zellen potentiell schädliche immunmodulierende Moleküle (insbesondere hyperinflammatorische oder immunsuppressive Zytokine) über Oberflächenrezeptoren adsorbieren bzw. selbst immunmodulierende Moleküle freisetzen, die ihrerseits einen therapeutisch günstigen Einfluß ausüben.

2. Verfahren nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Zellen Leukozyten sind, die vorzugsweise aus einer humanen Zellinie stammen oder aus hämatopoetischen Stammzellen durch Differenzierung gewonnen wurden.

3. Verfahren nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Oberflächenrezeptoren vorzugsweise Wachstumsfaktor- oder Zytokinrezeptoren sind (z. B. Interferon gamma Rezeptor, Interleukin 6 Rezeptor, TNF alpha Rezeptor, Interleukin 2 Rezeptor, Interleukin 4 Rezeptor, TGF beta Rezeptor).

4. Verfahren nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Zellen Hepatozyten sind, die durch die Freisetzung (vorzugsweise von Akut-Phase-Proteinen) bzw. Adsorption von immunmodulierenden Substanzen einen therapeutisch günstigen Einfluß ausüben.

5. Verfahren nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Zellen Endothelzellen sind, die durch die selektive Adsorption bzw. Freisetzung von immunmodulierenden Substanzen einen therapeutisch günstigen Effekt ausüben.

6. Verfahren nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen nach Anspruch (2), (4), (5) in Kombinationen zum Einsatz kommen.

7. Verfahren nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß die besagten immunmodulatorisch wirksamen Moleküle Wachstumsfaktoren oder Zytokine (vorzugsweise Interleukine, Interferone) sind.

8. Verfahren nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß die besagten immunmodulatorisch wirksamen Moleküle Endotoxine (Lipopolysaccharide aus der Zellwand gram-negativer Bakterien) sind.

9. Einrichtung nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß dem Patienten über eine ein Blutgefäß penetrierende Kanüle und ein daran angeschlossenes Schlauchsystem Blut entnommen wird, welches dann zeitgleich oder nacheinander einem geeigneten Plasmaseparator zugeführt wird und dort vorzugsweise durch Filtration oder Differentialzentrifugation in seine korpuskulären Bestandteile (u. a. Blutzellen) und das Blutplasma getrennt wird (Plasmapherese), wobei das Blutplasma bzw. Blutplasmabestandteile zeitgleich oder nacheinander durch einen Bioreaktor geleitet werden, in dem sich immunmodulierende Zellen befinden, wobei der Bioreaktor eine Apparatur darstellt, welche die Funktionsfähigkeit der besagten immunmodulierenden Zellen sicherstellt, vorzugsweise durch Regulation der Temperatur, der Begasung sowie der Nährstoffzufuhr. Ausgangsseitig wird das Bioreaktoreluat durch geeignete Zellrückhaltesysteme (vorzugsweise Zellfilter) von den immunmodulierenden Zellen vollständig befreit und die so behandelten Blutplasmabestandteile anschließend dem Patienten reinfundiert. Die korpuskulären Blutbestandteile werden mit oder ohne Verdünnung in geeigneten Lösungen separat oder nach geeigneter Vermischung mit den prozessierten Blutplasmabestandteilen dem Patienten reinfundiert.