Ondersteunen beta-cel functie voor behandeling van type 1 diabetes

In type 1 diabetes (T1D) worden de insulineproducerende beta cellen in de pancreas selectief vernietigd door het immuunsysteem, wat leidt tot een gebrekkig glucosemetabolisme. De sterke toename in de incidentie van deze chronische autopathologie vooral tijdens de laatste decennia en in jonge kinderen, is aanleiding tot ernstige bezorgdheid. Tot op heden wordt insulinetherapie beschouwd als de gouden standaard in de behandeling van T1D. Toch zijn er nog altijd beperkingen zoals de frequente episoden van hypoglycemie en de chronische micro- en macrovasculaire complicaties. Eilandjestransplantatie biedt een alternatieve behandeling voor T1D patiënten, in het bijzonder voor mensen met hypo-onbewustheid na toediening van insuline. Ondanks dat de resultaten van eilandjestransplantatie de afgelopen jaren sterk verbeterd zijn blijven er nadelen, zoals een beperkt aanbod aan postmortale donoren, de noodzaak van verschillende donoren voor één transplantatie, en (direct) transplantfalen door metabolische druk, aanhoudende alloimmuniteit, noodzaak om hoge concentraties van immunosuppressieve geneesmiddelen te gebruiken en oxidatieve stress veroorzaakt door hypoxie of door blootstelling aan proinflammatoire cytokinen. In dit proefschrift willen we onderzoeken of een autoantigeen-gebaseerde en beta-celvervangende/regeneratieve aanpak de resultaten van eilandjestransplantatie in T1D kan verbeteren. We vermoeden dat onze aanpak kan leiden tot het blokkeren van de autoimmuniteit en dus beta-celvernietiging kan voorkomen, alsook de functie en revascularisatie van eilandjestransplant kan stimuleren waardoor de insulinewerking blijvend kan herstellen.

In tegenstelling met alloimmuniteit is het heroptreden van autoimmune diabetes na eilandjestransplantatie moeilijk te controleren met standaard immunosuppressie, en vormt dit een uitdagende hindernis voor een succesvol resultaat met eilandjestransplantatie. In mijn eerste project hebben we gebruik gemaakt van een combinatietherapie bestaande uit een korte inductietherapie met lage dosissen anti-CD3 mAb in combinatie met tolerogene toediening van genetisch gemodificeerde L. lactis-gebaseerde vaccins die menselijke pro-insuline produceren, tesamen met IL10, om tolerantie voor eilandjesantigenen in langdurige diabete NOD eilandjesrecipiënten te herstellen. Ten eerste tonen we aan dat een vroege behandeling (vanaf 5 dagen vóór eilandjesimplantatie) met lage dosissen anti-CD3 al dan niet gecombineerd met L. lactis-gebaseerde antigeenspecifieke behandeling een transplantacceptatie induceerde in amper 20% van NOD eilandjesrecipiënten. Wanneer echter het therapeutisch regime begon op het moment van de eilandjesimplantatie was de algehele transplantacceptatie 56% in NOD eilandjesrecipiënten behandeld met L. lactis-gebaseerde combinatietherapie. Vervolgens stelden we vast dat de duur van diabetes voor het moment van de eilandjesimplantatie gevolgen had voor het slagingspercentage. De efficiëntie om heroptreden van autoimmune diabetes te voorkomen verminderde zichtbaar met diabetesduur in anti-CD3-behandelde muizen, terwijl muizen behandeld met L. lactis-gebaseerde combinatietherapie veel minder beïnvloed werden door deze parameter. De efficiëntie om diabetes onder controle te krijgen en de snelheid van transplantacceptatie bleek in verhouding te zijn met de diabetesduur. In muizen met een korte diabetesduur was er een duidelijk therapeutic effect waar te nemen op de overblijvende endogene eilandjes in de alvleesklier, terwijl in muizen met langdurige diabetes er meestal geen endogene beta-celmassa overbleef om nog te beschermen. Verder vonden we dat NOD eilandjesrecipiënten behandeld met anti-CD3 alleen of gecombineerd met het L. lactis-gebaseerde vaccin Foxp3+ regulatoire T cellen (Treg) hadden in de lymfeknopen die de eilandjesimplantatieplaats (de nier) draineren maar dit was niet verschillend tussen de mono- en combinatietherapie en onafhankelijk van de diabetesduur. Gebaseerd op deze waarnemingen concluderen we dat een milde lymfodepletie met lage dosissen aan anti-CD3 mAb in combinatie met een antigeen-specifieke aanpak gebruikmakende van genetisch gemodificeerde L. lactis bacteriën het heroptreden van autoimmune diabetes kan omzeilen in 56% van syngene eilandjes getransplanteerd in langdurige diabetische NOD muizen. Bovendien toonden we aan dat het resultaat van de eilandjestransplantatie zeker afhankelijk is van het tijdstip van eilandjesimplantatie met betrekking tot T-cel-targetingstrategie en tot de diabetesduur. De integratie van deze tolerogene antigeen-specifieke technologie om het transplant te versterken en transplantvernietiging te bestrijden kan de resultaten van eilandjestransplantatie in geselecteerde patiëntenpopulaties verbeteren.

In de eerste dagen na de transplantatie ontbreekt een adequaat vasculair network in de eilandjes wat leidt tot ernstige hypoxie en celdood. Men gelooft dat dit één van de belangrijkste oorzaken is voor de slechte prestaties van eilandjestransplanten onmiddellijk na implantatie. Daarom hebben we in mijn tweede project een nieuwe klasse van progenitorcellen MAPC® gebruikt en deze ge-cotransplanteerd met muiseilandjes om de resultaten van de transplantatie te bevorderen. Ten eerste hebben we aangetoond dat menselijke MAPC grote hoeveelheden angiogene groeifactoren produceren, zoals VEGF in vitro en in vivo, zoals blijkt uit de inductie van neo-angiogenese in de CAM assay. Vervolgens toonden we voor de eerste keer aan dat de menselijke MAPC co-getransplanteerd als samengestelde pellets met de muiseilandjes de eilandjestransplantfunctie kon verbeteren in een syngeen marginale massa eilandjestransplantatiemodel zoals gemeten kon worden aan de snelheid van diabetescontrole en functionalitiet van de eilandjes vergeleken met een transplantatie van eilandjes alleen. Bovendien stelden we vast dat transplanten samengesteld uit muiseilandjes opgemengd met menselijke MAPC een verbeterd revascularisatieproces hadden. In de transplanten van muizen waarin eilandjes tesamen met menselijke MAPC werden getransplanteerd was er een duidelijke verbetering in de ontwikkeling van een nieuw capillair network. Een grotere hoeveelheid capillair-achtige structuren met een voering van endotheelcellen kon aangetoond worden in de periferie en in de eilandjes van het eilandjes-humane MAPC composieten 5 weken na implantatie. Dit suggereert dat gastheer-afkomstige bloedvaten rechtstreeks de getransplanteerde eilandjes voeden en dat de nabijheid en zelfs het direct contact tussen de getransplanteerde eilandjes en de menselijke MAPC van cruciaal belang is voor de verbetering van diabetescontrole en de verhoogde revascularisatie. Op basis van deze gegevens stellen wij voor dat een co-transplantatie van pancreaseilandjes tesamen met MAPC, welke hoge concentraties aan angiogene groeifactoren kunnen afscheiden, de eilandjestransplantrevascularisatie kunnen verbeteren en dus ook de eilandjestransplantfunctie bevorderen.

Als algemene conclusie stellen we voor dat de bevindingen in dit proefschrift kunnen leiden tot nieuwe veelbelovende therapieën die de resultaten van eilandjestransplantatie kunnen verbeteren. Ons werk geeft ook aan dat deze therapieeën moeten inwerken op verschillende niveaus om de vele hindernissen van beta-celvervanging in de modaliteit van eilandjestransplantatie te overwinnen. We toonden aan dat genetisch gemodificeerde L. lactis-gebaseerde antigeenspecifieke vaccins gecombineerd met een korte behandeling bestaande uit lage dossisen anti-CD3 het heroptreden van autoimmmune diabetes na eilandjestransplantatie kunnen voorkomen afhankelijk van het tijdstip van eilandjesimplantatie met betrekking tot T-cel-targetingstrategie en tot diabetesduur. We toonden ook aan dat het gebruik van menselijke MAPC in eilandjestransplantatie de transplantmorfologie alsook de functie ervan kan verbeteren door de eilandjes tesamen met humane MAPC als composieten te transplanteren. We hebben voldoende bewijzen om aan te nemen dat dit gebeurd via het bevorderen van transplantrevascularisatie gemediëerd door de menselijke MAPC. We hopen in de nabije toekomst dat het mogelijk zal zijn om de langetermijn resultaten van eilandjestransplantatie te verbeteren door het implementeren en het combineren van onze vernieuwende therapieën. Onze aanpak zou zowel de immunologische problemen van eilandjestransplantatie alsook de moeizame revascularizatie na eilandjesimplantatie kunnen oplossen.