Immunomodulatory effects of probiotic bacteria in healthy adults

Probiooteilla kantakohtaisia vaikutuksia ihmisen immuunijärjestelmään terveillä aikuisilla Probiooteilla on kantakohtaisia tulehduksen välittäjäaineita vähentäviä vaikutuksia ja probioottien yhdistelmien vaikutukset eroavat yksittäisten kantojen vaikutuksista selviää TtM Riina Kekkosen tuoreesta väitöstutkimuksesta. TtM Riina Kekkonen on selvittänyt väitöskirjassaan eri probioottikantojen vaikutuksia immuunivasteeseen valkosolumallissa sekä terveillä aikuisilla lumekontrolloiduissa kliinisissä tutkimuksissa. Aikaisemmin probioottien vaikutuksia on tutkittu lähinnä allergian ja erilaisten vatsavaivojen ehkäisyssä ja hoidossa. Probiootteja sisältäviä tuotteita käyttävät kuluttajat ovat kuitenkin useimmiten terveitä aikuisia, ja probioottien vaikutus terveiden aikuisten immuunijärjestelmään on ollut puutteellisesti selvitettyä. Valkosolumallissa probioottikantojen havaittiin poikkeavan toisistaan niiden kyvyssä aktivoida immuunivasteen välittäjäaineiden, sytokiinien, tuotantoa. Anti-inflammatorisia, eli tulehdusta lievittäviä vaikutuksia nähtiin lähinnä Bifidobacterium ja Propionibacterium sukuihin kuuluvilla kannoilla. Streptococcus ja Leuconostoc sukuihin kuuluvat kannat puolestaan aktivoivat Th1 tyyppistä, soluvälitteistä immuunivastetta. Eri probioottien kombinaatiot eivät saaneet aikaan voimakkaampaa aktivaatiota yksittäisiin kantoihin verrattuna, joka viittaa probioottien keskinäiseen kilpailuun niiden ollessa kontaktissa ihmisen solujen kanssa. Probioottikantojen valinta kliinisiin tutkimuksiin tehtiin niiden anti-inflammatoristen ominaisuuksien perusteella. Parhaita anti-inflammatorisia kantoja olivat B. lactis ssp. animalis Bb12 ja P. freudenreichii ssp. shermanii JS, joiden lisäksi tutkimuksiin valittiin myös L. rhamnosus GG (LGG) hyvin tutkittuna referenssikantana. Solutöiden tulokset eivät olleet täysin verrannollisia kliinisen työn tuloksiin, koska LGG näytti omaavan parhaat anti-inflammatoriset ominaisuudet kliinisissä tutkimuksissa vaikka solutyössä sen aikaansaamat vasteet olivat melko vaimeita. Kolmen viikon kliinisessä tutkimuksessa terveillä aikuisilla LGG alensi mm. tulehdusta kuvaavan C-reaktiivisen proteiinin ja inflammatoristen sytokiinien määrää. Pidemmässä kolmen kuukauden pituisessa kliinisessä tutkimuksessa LGG:llä ei ollut vaikutusta terveiden aikuisten infektiosairastavuuteen, mutta LGG lyhensi vatsavaivojen kestoa. Probioottien vaikutukset immuunijärjestelmään näyttävät olevan kantakohtaisia ja erityisesti Lactobacillus rhamnosus GG:llä havaittiin anti-inflammatorisia vaikutuksia. Valkosolumallia ei tulisi käyttää ainoana probioottikantojen skriinausmenetelmänä niiden immunologisia vaikutuksia selvitettäessä, koska solutöiden tulokset eivät olleet täysin verrannollisia kliinisten tutkimusten tuloksiin. Sen sijaan veren perifeeristen lymfosyyttien eristäminen ja niiden aktivoitumisen selvittäminen lyhytaikaisessa kliinisessä tutkimuksessa voisi toimia suhteellisen helppona skiinausmenetelmänä.

Transforming growth factor -beta signaling through Smad3 in allergy : Studies in the mechanisms of asthma, atopic dermatitis and allergic contact reactions

Transforming growth factor β signalling through Smad3 in allergy Allergic diseases, such as atopic dermatitis, asthma, and contact dermatitis are complex diseases influenced by both genetic and environmental factors. It is still unclear why allergy and subsequent allergic disease occur in some individuals but not in others. Transforming growth factor (TGF)-β is an important immunomodulatory and fibrogenic factor that regulates cellular processes in injured and inflamed skin. TGF-β has a significant role in the regulation of the allergen-induced immune response participating in the development of allergic and asthmatic inflammation. TGF-β is known to be an immunomodulatory factor in the progression of delayed type hypersensitivity reactions and allergic contact dermatitis. TGF-β is crucial in regulating the cellular responses involved in allergy, such as differentiation, proliferation and migration. TGF-β signals are delivered from the cytoplasm to the nucleus by TGF-β signal transducers called Smads. Smad3 is a major signal transducer in TGF-β -signalling that controls the expression of target genes in the nucleus in a cell-type specific manner. The role of TGF-β-Smad3 -signalling in the immunoregulation and pathophysiology of allergic disorders is still poorly understood. In this thesis, the role of TGF-β-Smad -signalling pathway using Smad3 -deficient knock out mice in the murine models of allergic diseases; atopic dermatitis, asthma and allergic contact reactions, was examined. Smad3-pathway regulates allergen induced skin inflammation and systemic IgE antibody production in a murine model atopic dermatitis. The defect in Smad3 -signalling decreased Th2 cytokine (IL-13 and IL-5) mRNA expression in the lung, modulated allergen induced specific IgG1 response, and affected mucus production in the lung in a murine model of asthma. TGF-β / Smad3 -signalling contributed to inflammatory hypersensitivity reactions and disease progression via modulation of chemokine and cytokine expression and inflammatory cell recruitment, cell proliferation and regulation of the specific antibody response in a murine model of contact hypersensitivity. TGF-β modulates inflammatory responses - at least partly through the Smad3 pathway - but also through other compensatory, non-Smad-dependent pathways. Understanding the effects of the TGF-β signalling pathway in the immune system and in disease models can help in elucidating the multilevel effects of TGF-β. Unravelling the mechanisms of Smad3 may open new possibilities for treating and preventing allergic responses, which may lead to severe illness and loss of work ability. In the future the Smad3 signalling pathway might be a potential target in the therapy of allergic diseases.

Approaches for improving the safety and efficacy of adenoviral gene therapy

Cancer is a devastating disease with poor prognosis and no curative treatment, when widely metastatic. Conventional therapies, such as chemotherapy and radiotherapy, have efficacy but are not curative and systemic toxicity can be considerable. Almost all cancers are caused due to changes in the genetic material of the transformed cells. Cancer gene therapy has emerged as a new treatment option, and past decades brought new insights in developing new therapeutic drugs for curing cancer. Oncolytic viruses constitute a novel therapeutic approach given their capacity to replicate in and kill specifically tumor cells as well as reaching tumor distant metastasis. Adenoviral gene therapy has been suggested to cause liver toxicity. This study shows that new developed adenoviruses, in particular Ad5/19p-HIT, can be redirected towards kidney while adenovirus uptake by liver is minimal. Moreover, low liver transduction resulted in a favorable tumor to liver ratio of virus load. Further, we established a new immunocompetent animal model Syrian hamsters. Wild type adenovirus 5 was found to replicate in Hap-T1 hamster tumors and normal tissues. There are no antiviral drugs available to inhibit adenovirus replication. In our study, chlorpromazine and cidofovir efficiently abrogated virus replication in vitro and showed significant reduction in vivo in tumors and liver. Once safety concerns were addressed together with the new given antiviral treatment options, we further improved oncolytic adenoviruses for better tumor penetration, local amplification and host system modulation. Further, we created Ad5/3-9HIF-Δ24-VEGFR-1-Ig, oncolytic adenovirus for improved infectivity and antiangiogenic effect for treatment of renal cancer. This virus exhibited increased anti-tumor effect and specific replication in kidney cancer cells. The key player for good efficacy of oncolytic virotherapy is the host immune response. Thus, we engineered a triple targeted adenovirus Ad5/3-hTERT-E1A-hCD40L, which would lead to tumor elimination due to tumor-specific oncolysis and apoptosis together with an anti-tumor immune response prompted by the immunomodulatory molecule. In conclusion, the results presented in this thesis constitute advances in our understanding of oncolytic virotherapy by successful tumor targeting, antiviral treatment options as a safety switch in case of replication associated side-effects, and modulation of the host immune system towards tumor elimination.