Weil die Arbeit mit Zellen hochreine Bedingungen erfordern, tragen die Mitarbeiter in den Reinräumen sterile Bekleidung. © M. Neuenhahn / TUM
Müssen sich Patienten einer Knochenmarkstransplantation unterziehen, schwächt das ihr Immunsystem. Viren, die von einem gesunden Immunsystem kontrolliert werden, können dann lebensbedrohliche Infektionen auslösen. Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) entwickelten jetzt zusammen mit Kollegen aus Frankfurt, Würzburg und Göttingen eine Methode, die Patienten schonend vor diesen Infektionen schützen kann. Sie wurde bereits bei mehreren Patienten erfolgreich eingesetzt.
Die Zellen des menschlichen Immunsystems werden aus speziellen Stammzellen im Knochenmark gebildet. Bei einer Erkrankung des Knochenmarks wie zum Beispiel Leukämie, müssen die entarteten Zellen durch Bestrahlung oder Chemotherapie zerstört werden. Danach muss das blutbildende System durch Gabe von Stammzellen aus dem Blut eines gesunden Spenders ersetzt werden. Weil der Immunschutz deshalb zeitweise fehlt, können sich Viren, die normalerweise kontrolliert werden, vermehren.
Ein großes klinisches Problem stellt hierbei das Zytomegalievirus (CMV) dar, das in geschwächten Personen schwere Schädigungen der Lunge oder der Leber hervorrufen kann. Gesunde Menschen entwickeln bei einer CMV-Infektion dagegen meist keine Symptome, weil das Virus durch spezifische Immunzellen dauerhaft in Schach gehalten wird. In ihrer Arbeit konnten die Wissenschaftler jetzt zeigen, dass schon die zusätzliche Übertragung von wenigen spezifischen Immunzellen ausreicht, um den immungeschwächten Empfänger vor Infektionen zu schützen. Sie verwendeten hierfür T-Zellen, die Erreger gezielt erkennen und vernichten können.
Im Tiermodell getestet
Zuerst isolierten Dr. Christian Stemberger, Erstautor der Studien, und seine Kollegen T-Zellen aus dem Blut von gesunden Spendermäusen. Diese Immunzellen waren gegen molekulare Bestandteile einer Bakterienart gerichtet, die normalerweise schwere Infektionen in den Tieren hervorruft. Sie verabreichten diese T-Zellen anschließend Empfängermäuse, die aufgrund einer genetischen Veränderung keine eigenen Immunzellen mehr bilden konnten – ähnlich wie bei Leukämiepatienten.
Nach der Übertragung der T-Zellen infizierten die Forscher die behandelten Empfängermäuse mit den Bakterien. Die Ergebnisse zeigten, dass die Tiere jetzt einen wirkungsvollen Immunschutz gegen die Erreger hatten und nicht mehr erkrankten. „Wirklich überraschend war, dass schon die Nachkommen einer einzigen übertragenen Spenderzelle ausreichten, um die Tiere vollständig zu schützen“, erklärt Christian Stemberger.
In Patienten erfolgreich eingesetzt
Die Wissenschaftler setzten schließlich virus-spezifische T-Zellen zur Behandlung zweier schwerkranker Patienten ein. Aufgrund eines angeborenen Immundefekts bzw. einer Leukämieerkrankung mussten beide mit einer Stammzelltransplantation behandelt werden. Dadurch abwehrgeschwächt, brachen in beiden Patienten CMV-Infektionen aus.
Die Wissenschaftler isolierten deshalb mit einer neuen Methode aus dem Blut der jeweiligen Spender T-Zellen, die gezielt gegen das CMV-Virus gerichtet waren, und übertrugen niedrige Mengen davon auf die Patienten. Das Ergebnis: nach nur wenigen Wochen vermehrten sich die virus-spezifischen Zellen stark, gleichzeitig sank die Anzahl der Viren im Blut. “Dass schon wenige Zellen Schutz bieten können, ist ein großer Vorteil. Damit können diese in niedrigen, gut verträglichen Dosen bereits prophylaktisch eingesetzt werden“, erklärt Dr. Michael Neuenhahn, Letztautor der Studie.
Das Potential der identifizierten T-Zellen soll nun im Rahmen einer klinischen Studie getestet werden. Hierfür steht neben einem innovativen Zellaufreinigungsverfahren seit kurzem auch eine neue Einrichtung der TUM zur sterilen Herstellung von Zellprodukten zur Verfügung. Bei TUMCells können Zellen unter hochreinen Bedingungen, in so genannten Reinräumen produziert werden. In Zukunft wollen die Wissenschaftler ihre aktuellen Ergebnisse und TUMCells nutzen, um innovative Zelltherapeutika zu entwickeln.
Forschungsmeldung der Technischen Universität München (TUM) vom 17.06.2014.
Christian Stemberger, Patricia Graef, Marcus Odendahl, Julia Albrecht, Georg Dössinger, Florian Anderl, Veit R. Buchholz, Georg Gasteiger, Matthias Schiemann, Götz U. Grigoleit, Friedhelm R. Schuster, Arndt Borkhardt, Birgitta Versluys, Torsten Tonn, Erhard Seifried, Hermann Einsele, Lothar Germeroth, Dirk H. Busch und Michael Neuenhahn, Lowest numbers of primary CD8+ T cells can reconstitute protective immunity upon adoptive immunotherapy, Blood, 2014. DOI: 10.1182/blood-2013-12-547349