AG PD Dr. Schlosser

Immunogenität und Biokompatibilität medizinischer Implantatmaterialien

PD Dr. Michael Schlosser, PD Dr. Andreas Hoene (Klinik für Chirurgie), PD Dr. Maciej Patrzyk (Klinik für Chirurgie), Dr. Silke Lucke, Dr. Uwe Walschus, Kirsten Kesselring

Die Verträglichkeit von Implantatmaterialien im Körper ist von entscheidender Bedeutung für die langfristige Funktion des Implantats. Neben der Zytotoxizität, der Gewebekompatibilität, der Karzinogenität und der Thrombogenität kommt dabei der Immunogenität und der Entzündungsreaktion eine zentrale Rolle zu. Abweichend vom normalen Verlauf der Wundheilungsreaktion bleibt in der Regel über die gesamte Verweildauer des Implantats im Körper eine chronische Entzündung bestehen. Deren Endphase wird als Fremdkörperreaktion bezeichnet und ist durch das persistente Vorhandensein von Makrophagen und mehrkernigen Fremdkörperriesenzellen sowie Lymphozyten im Periimplantgewebe gekennzeichnet.

Die Immunogenität von Implantatmaterialien wurde bisher als Teil der Bewertung von deren Biokompatibilität nur wenig untersucht. Ausgehend von frühen Untersuchungen zur Bildung von Antikörpern gegen polymere Biosensormembranen lag der Fokus der Arbeitsgruppe zunächst im Rahmen mehrerer DFG- und BMFT-Projekte auf dem Nachweis von spezifischen Antikörpern gegen die Polymer-Matrix und die Imprägnierung von Gefäßprothesen. Darüber wurde für Gefäßprothesen die Assoziation der Antikörperantwort und der Prothesenkonstruktion mit den lokalen Gewebereaktionen analysiert.

Aufbauend auf diesen Arbeiten war die Arbeitsgruppe ab 2005 mit In-vivo-Untersuchungen zu akuten und chronischen lokalen und systemischen Entzündungsreaktionen gegen verschiedene Implantatmaterialien an mehreren EU-, Bundes- und Landes-geförderten Verbundprojekten beteiligt. Zu den dabei untersuchten Materialien zählten unter anderem Calciumphosphat, Titan und Titan-Legierungen, Polylactid sowie Kollagen, deren Oberfläche mit verschiedenen physiko-chemischen Verfahren modifiziert beziehungsweise beschichtet wurde. Dies umfasste beispielsweise Niedertemperaturplasma-Prozesse zur Erzeugung von Oberflächen mit zell-adhäsiven, anti-adhäsiven und anti-bakteriellen Eigenschaften, kovalente und nicht-kovalente Beschichtungen mit Membranlipiden sowie elektrochemische Verfahren zur Erzeugung von osteoinduktiven/ osteokonduktiven Calciumphosphat-Schichten.

Perspektivisches Ziel ist es, die Eignung systemischer Parameter der Immunogenität wie den Nachweis einer materialspezifischen Antikörperantwort und Veränderungen des Serumprofils pro- und anti-inflammatorischer Zytokine als mögliche diagnostische und prognostische Marker in der Verlaufskontrolle nach Implantation sowie als neue Methoden zur Testung der Biokompatibilität von neuen oder modifizierten Implantatmaterialien zu untersuchen.

Die Forschungsarbeiten zur Immunogenität und Biokompatibilität medizinischer Implantatmaterialien werden seit 2016 im Rahmen des Verbundforschungsvorhabens „Regenerative Implantate mit multiplen Wachstumsfaktoren“ kofinanziert von der Europäischen Union aus dem Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE).

 

Prädiktive Diagnostik des Diabetes mellitus Typ 1 – Die Karlsburger Typ-1-Diabetes-Risikostudie

PD Dr. Michael Schlosser, Dr. Uwe Walschus, Kirsten Kesselring, Heidrun Kenk, Angelika Kell

Der insulin-abhängige Diabetes mellitus Typ 1 (T1DM) wird verursacht durch eine selektive, autoimmunologische Zerstörung der insulin-produzierenden Betazellen. Bereits viele Jahre vor der klinischen Manifestation sind im Blut der Betroffenen Autoantikörper (AAk) nachweisbar, die gegen betazell-spezifische Antigene, wie Glutamatdecarboxylase GAD65 (GADA), Proteintyrosinphosphatase IA-2 (IA-2A), Insulin (IAA) und inselzellzytoplasmatische Antigene (ICA) gerichtet sind. Für das Auftreten dieser AAk konnte von verschiedenen Arbeitsgruppen bei erstgradig Verwandten von Patienten eine prognostische Bedeutung hinsichtlich einer Progression zu einem manifesten T1DM gezeigt werden. Diese Probanden weisen zwar ein etwa zehnfach höheres Erkrankungsrisiko als die Allgemeinbevölkerung auf, deren Risiko in Deutschland 0,4% beträgt. Jedoch haben etwa 90% der neu diagnostizierten Patienten keine Verwandten ersten Grades mit T1DM und entstammen somit der gesunden Allgemeinbevölkerung.

Um die prädiktive Wertigkeit der AAk bei Probanden ohne betroffene erstgradige Verwandte zu bestimmen, wurde seit 1995 in der Karlsburger Typ-1-Diabetes-Risikostudie in einer gesunden Schulkinderpopulation von ca. 15.000 Schulkindern durch ein kombiniertes AAk-Screening auf GADA, IA-2A, IAA und ICA die Häufigkeit und die Kombinationen dieser AAk in der gesunden Bevölkerung ohne Diabetesheredität untersucht. Diese Analysen ergaben, dass bei Kindern mit multiplen AAk sowie Kindern mit hochtitrigen singulären AAk auch ein hohes genetisches Risiko durch Vorliegen der diabetes-assoziierten HLA-DR- und -DQ-Allele besteht. Eine Analyse der GADA-Epitopspezifität zeigte darüber hinaus, dass sich bei Kindern mit hohem Risiko und Kindern mit Manifestation der Erkrankung das Bindungsmuster dieser AAk dynamisch entwickelt und im zeitlichen Verlauf mehrere Epitope umfasst. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass die Affinität der GADA und der IAA bei Kindern mit multiplen AAk und/oder T1DM-Manifestation signifikant erhöht ist gegenüber Kindern mit singulären AAk.

Neben anderen Umwelteinflüssen werden Virusinfektionen als eine mögliche Ursache der Initiation der Beta-Zellzerstörung angesehen. Wir konnten in den Seren von Schulkindern aus der Karlsburger Typ-1-Diabetes-Risikostudie mit multiplen AAk und bei T1DM-Patienten zum Zeitpunkt der Manifestation RNA-Sequenzen von Enteroviren nachweisen. Im Langzeitverlauf der Studie ergab eine Auswertung nach 18 Jahren, dass das kumulative T1DM-Risiko beim Vorliegen multipler AAk-Positivität nach zehn Jahren bei 59,7% und nach 18 Jahren bei 75,1% liegt. Es ist somit in der gesunden Allgemeinbevölkerung mit dem Risiko bei erstgradigen Verwandten von Typ-1-Diabetikern vergleichbar. Darauf basierend wäre mit einem kombinierten AAk-Screening auch in der gesunden Allgemeinbevölkerung eine präzise individuelle Risikoabschätzung als Basis für eine mögliche präventive Intervention zur Verhinderung der T1DM-Manifestation bei Risikoprobanden möglich.

Aktuelle Arbeiten in der Karlsburger Typ-1-Diabetes-Risikostudie betreffen unter anderen die prognostische Wertigkeit der 2007 neu entdeckten AAk gegen den Zink-Transporter 8 (ZnT8A) sowie einer zusätzlichen Bestimmung von AAk gegen IA-2beta bei IA-2A-positiven Schulkindern.

Prädiktive Diagnostik des Diabetes mellitus Typ 1 – DASP/ IASP: Evaluierung von Assays für diabetes-assoziierte Autoantikörper

PD Dr. Michael Schlosser, Dr. Uwe Walschus, Kirsten Kesselring, Heidrun Kenk, Angelika Kell

In der Arbeitsgruppe Prädiktive Diagnostik wurden zum Nachweis der diabetes-assoziierten AAk verschiedene Immunoassays etabliert und evaluiert. Die dabei entwickelten Radioimmunoassays gehören zu den weltweit sensitivsten Methoden und wurden bisher in allen internationalen Rundversuchen evaluiert. Seit 2002 ist die Arbeitsgruppe Referenzlabor des „Center of Disease Control and Prevention“ (CDC, Atlanta, U.S.A.) und des „Diabetes Autoantibody Standardization Program“ (DASP) der „Immunology of Diabetes Society“ für die Bestimmung von GADA, IA-2A und IAA sowie internationales Referenzlabor der „Eurotransplant International Foundation“ (Leiden, Niederlande) für die Bestimmung von GADA, IA-2A und ICA.

PD Dr. Michael Schlosser gehört zudem seit 2004 dem Antikörperkomitee der „Immunology of Diabetes Society“ an. Das Komitee führt im Rahmen des „Diabetes Autoantibody Standardization Program“ beziehungsweise seit 2012 des „Islet Autoantibody Standardization Program“ (IASP) regelmäßig internationale Ringversuche zur Assay-Evaluierung mit Beteiligung von weltweit mehr als 30 Laboratorien durch und veröffentlicht die Ergebnisse entsprechend.

Referenzlabor Diabetes

Referenzlabor des "Center of Disease Control and Prevention" (CDC, Atlanta, U.S.A.)

Referenzlabor des "Diabetes Autoantibody Standardization Program" (DASP) der "Immunology of Diabetes Society" für die Diagnostik der Typ-I-Diabetes (T1D)-assoziierten Autoantikörper gegen Glutamatdecarboxylase GAD65 (GADA) und Proteintyrosinphosphatase IA-2 (IA-2A).

Referenzlabor der "Eurotransplant International Foundation" (Leiden, The Netherlands) für die Antikörper GADA,IA-2A und ICA.

References