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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus-32603
URL: http://www.opus.ub.uni-erlangen.de/opus/volltexte/2012/3260/
Immunmodulation druch orale Applikation von Antigen kodierenden Chitosan-DNA Nanopartikeln
Immune modulation via oral application of antigen encoding chitosan-DNA nanoparticles
Goldmann, Katja
| SWD-Schlagwörter: |
| Immuntoleranz , Chitosan , Nanopartikel , Transplantatabstoßung |
| Freie Schlagwörter (Englisch): |
| immune tolerance , chitosan , nanoparticle , allograft rejection |
| Fakultät: |
| Naturwissenschaftliche Fakultät |
| DDC-Sachgruppe: |
| Biowissenschaften, Biologie |
| Dokumentart: |
| Dissertation |
| Hauptberichter: |
| Winkler, Thomas (Prof. Dr.) |
| Sprache: |
| Deutsch |
| Tag der mündlichen Prüfung: |
| 16.04.2012 |
| Erstellungsjahr: |
| 2012 |
| Publikationsdatum: |
| 27.04.2012 |
| Kurzfassung in Deutsch: |
| In der vorliegenden Arbeit wurde ein neuer therapeutischer Ansatz zur Induktion von immunologischer Toleranz durch orale Gentherapie mit Antigen kodierenden Chitosan-DNA Nanopartikeln untersucht. Um die Mechanismen hinter der Toleranzinduktion mit Nanopartikeln zu beleuchten wurde Ovalbumin (OVA) als Modellantigen verwendet. Die orale Administration von OVA kodierenden Chitosan-DNA Nanopartikeln (OVA-NP) führte im Mausmodell zu einer signifikanten Suppression der OVA-spezifischen Delayed-Type-Hypersensitivity (DTH)-Antwort und anti-OVA Antikörperbildung. Die Applikation von Nanopartikeln, die für ein Kontrollantigen kodierten, führte dagegen zu keiner Toleranzinduktion, was auf einen Antigen-spezifischen Mechanismus hindeutet. Ein Vergleich der Zytokinprofile isolierter Milzzellen von OVA-NP mit PBS gefütterten Mäusen zeigte in der OVA-NP behandelten Gruppe nach OVA-Stimulation eine verminderte Produktion von Th1-Zytokinen und gleichzeitig erhöhte Spiegel an Th2/Th3-Zytokinen, vor allem TGF-beta und IL-10. Um zu untersuchen, ob die durch Nanopartikel induzierte Toleranz von regulatorischen Zellen vermittelt wird, wurden Milzzellen OVA-NP gefütterter Mäuse in naive Empfänger-Mäuse transferiert. In den Empfänger-Mäusen konnte daraufhin ebenfalls eine reduzierte zelluläre und humorale Immunantwort gegenüber OVA beobachtet werden. Weitere adoptive Transferexperiment mit unterschiedlichen Zellpopulationen zeigten, dass nur der Transfer von CD4+CD25+T-Zellen in der Lage war, die Toleranz zu übertragen. Somit scheint die orale Applikation von OVA-NP zur Induktion von OVA-spezifischen, IL-10 und TGF-beta produzierenden, regulatorischen CD4+CD25+T-Zellen zu führen.
Um das therapeutische Potential der Chitosan-DNA Nanopartikel zu testen, wurden abdominale Aortentransplantationen im Mausmodell durchgeführt. C57BL/6 Mäuse dienten als Spender und CBA.J (H2k) Mäuse als Empfänger, so dass ein komplettes MHC-Mismatch transplantiert wurde. Die MHC-Inkompatibilität von Spender und Empfänger führte zu einer gegen die Alloantigene gerichteten Immunantwort, die sich in einer zunehmenden Intimaproliferation äußerte. Die Vorbehandlung der Empfänger-Mäuse mit Nanopartikeln, die für ein MHC-Klasse I Molekül des Spenders (Kb) kodierten, resultierte in einer signifikanten Reduktion der Intimaproliferation. Dieser Effekt war Antigen-spezifisch wie wir durch eine Antigen- und „Third-party“-Kontrolle gezeigt haben. Die Analyse der Seren der transplantierten Mäuse ergab eine signifikante Reduktion der Alloantikörperbildung in der Kb-NP behandelten Gruppe.
Diese Ergebnisse zeigen, dass die orale Gentherapie mit Chitosan-DNA Nanopartikeln eine vielversprechende Methode darstellt, um immunologische Toleranz zu induzieren und Transplantatabstoßung zu reduzieren.
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| Kurzfassung in Englisch: |
| In our research project, we investigated a novel therapeutic strategy for the induction of immunological tolerance via antigen encoding chitosan-DNA nanoparticles. To reveal the mechanism of tolerance induction via nanoparticles, Ovalbumin (OVA) was used as model-antigen. We demonstrated that feeding mice with OVA encoding chitosan-DNA nanoparticles (OVA-NP) resulted in a significant suppression of the OVA-specific delayed-type-hypersensitivity (DTH)-response and anti-OVA IgG formation indicating tolerance induction towards OVA. Using nanoparticles encoding for a control antigen had no effect suggesting an antigen-specific mechanism. Comparing the cytokine profiles of isolated splenocytes from OVA-NP fed mice with PBS fed control mice after OVA-stimulation showed a reduced Th1-cytokine production and elevated levels of Th2 and Th3 cytokines, especially IL-10 and TGF-beta, in the OVA-NP treated group. To investigate if nanoparticle induced tolerance involves the generation of regulatory cells, we transferred splenocytes from OVA-NP fed mice into naïve recipient animals. The recipients also showed a suppressed cellular and humoral immune response to OVA. In addition, adoptive transfer experiments using different cell subsets demonstrated that only the transfer of CD4+CD25+T-cells was able to transmit tolerance. These results suggest that oral application of OVA-NP led to the induction of OVA-specific CD4+CD25+regulatory T-cells producing the downmodulatory cytokines IL-10 and TGF-beta.
To test the therapeutic potency of chitosan-DNA nanoparticles, we performed abdominal aortic transplants in a mouse model. C57BL/6 (H2b) mice were used as donors and CBA.J (H2k) mice served as recipients, so that fully MHC-mismatched grafts were transplanted. The MHC-incompatibility of donor and recipient led to an allo-immune reaction which became apparent in an increased luminal occlusion due to intima proliferation. Pre-treatment of recipient mice with nanoparticles encoding for Kb (Kb-NP), one of the MHC-I molecules of the donor, resulted in a significant reduction of the intima proliferation compared to untreated mice. This effect was antigen-specific, as shown by antigen and third-party controls. Moreover, analyzing the sera of the Kb-NP fed group harboured a significant lower amount of alloantibodies.
These results demonstrate the ability of chitosan-DNA nanoparticles to induce immunological tolerance and to reduce transplant rejection.
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