Immunopatologia 1. Trapianti e rigetto

1. Immunopatologia 1. Trapianti e rigetto

2. Trapianto: definizione (1) Il trapianto è un intervento di chirurgia che prevede la sostituzione di una componente di un organismo vivente (tessuto, organo od insiemi complessi), in quanto malfunzionante, con l'omologa, funzionante, espiantata da altro individuo.

3. Trapianto: definizione (2) Si identificano quindi due fasi ed individui coinvolti: 1. il prelievo del tessuto/organo/sistema da un soggetto detto donatore 2. il successivo trapianto della stessa parte su di un soggetto detto ricevente

4. Tipi di trapianto • Isotrapianto (detto anche autotrapianto): Trapianto di tessuto da uno stesso individuo (es. cute da un distretto all’altro dello stesso soggetto) • Omotrapianto:trapianto di tessuto od organo fra 2 individui identici (gemelli monovulari) • Allotrapianto: trapianto di tessuto od organo fra 2 individui della stessa specie ma non identici (90% dei trapianti eseguiti in clinica) • Xenotrapianto: trapianto di tessuto od organo tra 2 individui di specie diversa (es. maiale vs uomo).

5. Trapianti nella pratica clinica • Cornea • Rene • Cuore • Polmone o cuore/polmone • Fegato • Midollo osseo • Cute • Osso, cartilagini, vasi sanguigni, insiemi complessi (arti).

6. Sistemi molecolari di riconoscimento individuale e rigetto dei trapianti • I meccanismi di identificazione, distinzione e reazione da parte di un singolo organismo/individuo delle proprie cellule e tessuti rispetto a quelli di altri, sia della stessa specie che di specie diverse, sono largamente presenti sin dai phylum più bassi della scala evolutiva e vanno comunemente sotto il nome di istocompatibilità. • Alla loro base ci sono per lo più molecole espresse sulla superficie delle cellule che permettono il riconoscimento reciproco alle cellule dello stesso individuo senza reazioni avverse. • Sono determinate geneticamente (geni di istocompatibilità, i sistemi di istocompatibilità) • Il mancato riconoscimento da parte di questi sistemi molecolari porta all’attivazione di una serie di meccanismi che determinano la distruzione della sostanza/cellula/tessuto • Rappresentano quindi il limite da superare per l’attecchimento di qualsiasi trapiato e la base molecolare del rigetto del trapianto stesso

7. Basi genetiche ed immunologiche del rigetto dei trapianti Studineimodellianimali

8. Basi genetiche del rigetto dei trapianti (1) Studisutopi inbred – Ogniindividuo inbred ha lo stesso set digeni Donatore: ceppo A Ricevente: ceppo A Trapianto Accettato La pelledi un topo inbred trapiantata in un altrotopo dellostessocepponon comportarigetto Donatore: ceppo B Ricevente: ceppo A Trapianto Rigettato La pelledi un topo inbred trapiantata in un altrotopo diceppodiversodeterminarigetto del trapianto

9. Ceppi parentali X B A Ibridi F1 (un set diallelidaciascungenitore) A x B A x B A B Basi genetiche del rigetto dei trapianti (2) Studisutopiibridi F1 – Ogniindividuo F1 porta le variatigenichedientrambigli inbred Trapianto accettato Trapianto rigettato I topi del ceppo F1 (A x B) sonoimmunologicamentetollerantisia al trapiantoda parte di A chedi B La pelledeiceppi F1 (A x B) portaantigenichesonoriconosciuti come estraneidaiceppiparentali

10. Rigettoprimariodella cute es. 10 giorni Trasferimentodeilinfociti daltopo primed 6 mesi Ly Rigettosecondariodella cute es. 3 giorni Topo naive Rigettoprimariodella cute es. 10 giorni Basi Immunologiche del rigetto dei trapianti Il rigettodeitrapianti e’ dovuto ad unarisposta immune antigene-specifica con memoriaimmunologica

12. Sommario “ad interim” Osservazioni dai modelli animali • Il trapianto di pelle tra diversi ceppi di topi mostra che il rigetto o l’accettazione e’ dipendente dalla genetica di ciascun ceppo: • L’autotrapianto o l’isotrapianto non viene mai rigettato • L’allotrapianto viene sempre rigettato • Il rigetto e’ una forma di immunita’ specifica con memoria

13. Il rigetto dei trapianti nell’uomo

14. Genetica del rigetto del trapianto nell’uomo (sistemi clinicamente rilevanti) A. Sistema ABO B. Sistema Maggiore di Istocompatibilità (Human Leukocyte Antigen – HLA) Geni del HLA di classe I e II Ereditarietà dei geni del HLA in una famiglia

15. Body_ID: P021067 Genetica del rigetto del trapianto nell’uomoB. Sistema Maggiore di Istocompatibilità (Human Leukocyte Antigen – HLA) • Tre loci HLA classe I • (HLA-A, HLA-B, e HLA-C), • un individuo può esprimere fino a sei differenti molecole HLA class I • (per ogni antigene ci saranno quelli derivati dalla madre e dal padre). • Tre loci HLA classe II • HLA-DR, HLA-DP e HLA-DQ, • un individuo può esprimere fino a sei differenti molecole HLA class II • (per ogni antigene ci saranno quelli derivati dalla madre e dal padre). • In altre parole 12 possibili differenti loci. • Polimorfismo: più di 600 peossibili alleli per ogni antigene (626 per HLA-B, 470 per DRB e 349 per HLA-A).

16. Rilevanza dei sistemi ABO ed HLA nei diversi trapianti

17. Indagini pre-trapianto per stabilire l’istocompatibilita’ donatore-ricevente • Determinazione del gruppo sanguigno ABO • Tipizzazione HLA-A, -B, -C, -DR (-DQ e –DP) ad alta risoluzione (Identificazione in banca dati soggetti riceventi del/i soggetti compatibili in caso di allotrapianto tra non familiari). • Più alto è il numero delle non compatibilità (mismatched) più elevata la probabilità di rigetto. • Presenza nel ricevente di anticorpi contro il donatore

18. Influenza della tipizzazione MHC sulla sopravvivenza del trapianto Da RI Lechler “HLA and diseases”, 1998

19. Rigetto del trapianto Si parla di rigetto quando il sistema immunitario di un paziente che è stato sottoposto a trapianto attacca il nuovo organo, riconoscendolo come non-self.

20. Timing del rigetto di trapianto • Il rigetto puo’ avvenire in momenti diversi dopo il trapianto. In base al tempo in cui avviene il rigetto, che puo’ orientare sul meccanismo di rigetto, possiamo distingure: • Rigettoiperacuto (daqualcheminuto a poche ore) • Rigettoacuto (daqualchegiorno a pochesettimane) • Rigettocronico (dopoalcunimesifino a diversiannidopo)

21. Rigetto iperacuto Rapido Risulta dalla presenza di anticorpi circolanti preformati contro gli antigeni dei gruppi sanguigni ABO od allo antigeni sulle cellule endoteliali Determina attivazione del complemento trombosi/danno vascolare  ischemia  rigetto Irreversibile Molto raro se il test di cross-matching e’ negativo

22. Meccanismi immunologici del rigetto iperacuto Nel trapianto iperacuto, anticorpi preformati reattivi contro l’endotelio vascolare attivano il complemento e deterninano una rapida trombosi intravascolare e necrosi della parete dei vasi A. Rigetto iperacuto di un allo trapianto di rene con danno endoteliale, sono visibili piastrine e trombi di trombina, e una iniziale infiltrazione di neutrofili nel glomerulo

23. Rigetto acuto • Da 3 giorni a sei mesi dopo il trapianto • ~90% sono cellulo mediati e di piu’ semplice trattamento • 5-10% sono anticorpo mediati • Rigetto Vascolare acuto: IgG per Allo-Ags sulle cellule endotelialilisi direttanecrosi del vaso • Ricetto Cellulare acuto: citotossicita’ mediata da linfociti T/macrofagi necrosi del parenchima • Sintomi spesso presenti e dovuti al rilascio di citochine (TNF, IL-1 & 2, etc.)

24. Meccanismi immunologici del rigetto acuto Nel rigetto acuto, linfociti CD8+ reattivi per alloantigeni sulle cellule endoteliali e parenchimali mediano il danno verso questo tipo di cellule. Inoltre anticorpi alloreattivi formati dopo il trapianto possono contribuire al danno vascolare. B Rigetto Acuto di un rene con cellule infiammatorie nel tessuto connettivo intorno ai tubuli e tra le cellule epiteliali dei tubuli. C Rigetto Acuto di un rene con una reazione infiammatoria distruttiva dell’endotelio di un arteria.

25. Rigetto Cronico • Avviene gradualmente nell’arco di mesi od anni • E’ caratterizzato da una fibrosi progressiva e perdita della struttura e funzione dell’organo trapiantato • L’eziologia e’ probabilmente multifattoriale: • meccanismi immuni(Ab e cellulo-mediata) & non-immuni, • tossicita’ ai farmaci, ischemia cronica, ripetuti attacchi di rigetto acuto

26. Meccanismi immunologici del rigetto cronico Nel rigetto cronico con l’aterosclerosi del trapianto, il danno alle pareti dei comporta la proliferazione dell’intima dei muscoli lisci e la proliferazione cellulare della lamina. Queste lesioni sono causate dalla reazione cronica di tipo DTH verso alloantigeni delle pareti dei vasi. D. Rigetto Cronico in un trapianto di rene con ateriosclerosi del trapianto. Il lume del vaso e’ sostituto da un accumulo di cellule di muscolo liscio e da tessuto connettivo dell’intima del vaso.

28. Meccanismi immunologici del rigetto di trapianto

29. Riconoscimento diretto degli alloantigeni

30. Riconoscimento indiretto degli alloantigeni

31. Basi molecolari del riconoscimento diretto delle molecole MHC allogeniche (NORMALE)

32. Basi molecolari del riconoscimento diretto delle molecole MHC allogeniche. Le cellule T riconoscono con bassa affinità le MHC allogeniche che sono numerose sulle cellule del trapianto.

33. Basi molecolari del riconoscimento: le MHC allogeniche possono presentare peptidi self derivati dalla proteine dell’ospite ed il complesso MHC-AlloPept-Self attiva i linfociti T

34. Prevenzione e trattamento del rigetto di trapianto • Riduzione dell’immunogenicità del trapianto • Soppressione della risposta immunitaria del ricevente • Induzione di tolleranza nel ricevente

35. Terapia immunosoppressoria nel trapianto e complicazioni L’introduzione della terapia con immunosoppressori ha largamente aumentato la sopravvivenza post trapianto riducendo il rischio di rigetto. Rimango numerosi complicazioni all’uso degli immunosopressori, soprattutto per la conseguente aumentata suscettibilita’ alle infezioni

36. Alloantigen OKT3, Thymoglobulin T Cell Receptor cyclosporine, tacrolimus Activated Calcineurin Dephosphorylation of NFAT Glucocorticoids IL-2 Gene Promotion IL-2 Zenapax, Simulect IL-2 Receptor Rapamune Progression into Cell Cycle Cellcept, azathioprine Cellular Proliferation

37. Influenza della ciclosporina sulla sopravvivenza del trapainto

40. Attività regolatoria: • In vivo: • Prevenzione di disordini autoimmuni • Induzione della tolleranza ad allo-antigeni • Inibizione del rigetto dei tumori • In vitro: • Inibizione dell’attivazione delle cellule T IL-4 Th TGF-β IFNγ DC IL-2 Treg Treg IL-10 CD4+CD25+ Foxp3+ Regulatory T cells Self-response Not-self response IL-4 Th DC IFN IL-2 IL-6

41. Treg in trasplantation Lo sviluppo di terapie basate sull’induzione della tolleranza che possano sostituire l’uso di immunosoppressori (responsabili a lungo andare di tumori e infezioni) costituisce uno dei principali obiettivi della ricerca sui trapianti. Numerose evidenze dimostrano l’associazione tra la presenza di una cospicua popolazione di cellule Treg e l’induzione della tolleranza al trapianto Infectious tolerance : trasferimento della tolleranza da parte delle Treg di un ospite tollerante alle cellule T di un altro ricevente ( le Treg conferiscono capacità soppresorie alle CD25+Foxp3- convertendole in CD25+Foxp3+) Deplezione CD25 post-trapianto conversione tolleranza in rigetto cronico e rigetto cronico in acuto. Due tipi di presentazione nel trapianto Pathway diretto: presentazione da parte delle cellule del trapianto. Pathway indiretto: presentazione da parte delle cellule dell’ospite. Studi in vivo dimostrano l’importanza della presentazione indiretta nell’induzione della tolleranza.

42. Sakaguchi 2005 Traslantation Proceedings Studio condotto su pazienti pediatrici LTX non trattati con immunosoppressori da almeno 6 mesi (CTRL= age matched healty children e LTX trattati con immunosopp.) CD4+CD25high in PBMC dei LTX senza immunosoppressori CD4 ricevente poco responsive a Allo-Ags donatore comparate a 3rd Treg ???? Deplezione Treg: CD4 proliferano di più ma sono sempre ipo-resp. a Allo-Ags donatore Le Treg non sono responsabili dell’ipo-resp Le Treg sopprimono la risposta in modo donor-specifico e quindi nel sito del trapianto prevengono il rigetto in assenza di immunosoppressori CD25+ e CD25- del ricevente incubate per 7gg con PBMCs irradiati del donatore

45. Il trapianto di midollo e la graft versus hostdisease

46. Trapianto di midollo A. Immunoricostituzione del paziente trapiantato di midollo

47. Graft Versus Host Disease (GVHD) (1) • La malattia del trapianto contro l’ospite (graft versus hostdisease - GVHD) è la forma di rigetto nel trapianto di midollo. • Per iltipoditrapianto, le cellule immunitarie derivate dalmidollo del donatore, forniscono una risposta esagerata aggredendo il sistema immuntario della persona, riconoscendolo come corpo estraneo. • Si manifesta più di frequente in trapianti di midollo tra non familiari, ma è frequente anche in soggetti che hanno ricevuto il midollo da consanguinei diversi solo per antigeni minori di istocompatibilita’.

48. Graft Versus Host Disease (GVHD) (2) • Poiche’ neltrapiantodimidollo vi è unafasediimmunoricostituzioneche precede comunquesempre la GVHD siosservano due forme: • La forma acuta della GVHD che si osserva nei primi 100 giorni del trapianto, si manifesta con morte delle cellule epiteliali di cute, fegato e tratto gastrointestinale con sintomi correlati come diarrea, emorragia, ittero ed eruzioni cutanee. Se la morte cellulare è molto estesa, questa GVHD può essere mortale per il paziente trapiantato • La forma cronica invece se decorre dopo tale periodo. Essa è caratterizzata da fibrosi e atrofia degli stessi organi colpiti anche dalla GHVD acuta, senza evidente morte cellulare acuta. Può inoltre coinvolgere i polmoni causando obliterazione delle vie aree e può essere fatale.

49. Meccanismialla base della GVHD (1) Si possonodistinguere 5 fasitradilorosovrappostenellosviluppodella GVHD 1. Il trattamentoradioterapicodicondizionamentopretrapiantodimidollopuo’ determinaredannotissutale. 2. A questo segue unafasediattivazionedellarispostacontro le proteinedeitessutidanneggiatida parte deilinfociti del donatore. ¾. Ne consegueunaproliferazionedeilinfociti T e dirichiamodialtre cellule infiammatorie 5. I linfociti T citotossiciattaccano le cellule dell’ospitecausandodannotissutale.

50. Meccanismialla base della GVHD (2)