Studio dei polimorfismi genici degli antigeni minori di istocompatibilità e GvHD/GvL nel trapianto allogenico di cellule staminali emopoietiche

L'outcome dei pazienti sottoposti a trapianto allogenico di cellule staminali emopoietiche è fortemente influenzato da graft versus leukemia (GvL) e graft versus host disease (GvHD) che sono mediate, almeno in parte, dagli antigeni minori di istocompatibilità (mHAgs). In letteratura sono stati identificati 26 mHAgs che sono stati correlati a GvHD/GvL con risultati incompleti e in alcuni casi contrastanti; inoltre manca una metodica che sia in grado di genotipizzare contemporaneamente un pannello così ampio. Il lavoro è stato finalizzato alla preparazione di un protocollo di laboratorio che permetta di studiare in modo efficace i 26 mHAgs identificati, per poi correlarli con GvHD/GvL all’interno di uno specifico gruppo di trapiantati. Utilizzando la metodica IPlex Gold Mass Array Sequenom e tecniche di biologia molecolare convenzionale sono stati genotipizzati 26 antigeni minori di istocompatibilità per 46 coppie full-matched. Tutti i pazienti inclusi nel progetto di studio erano stati sottoposti a trapianto allogenico di cellule staminali emopoietiche da donatore familiare o volontario full-compatibile per leucemia mieloide cronica (n=46) o leucemia acuta linfoblastica Philadelphia positiva (LAL-Ph+, n=24). Il progetto ha confermato l'efficienza (98.6%) e la fattibilità delle metodiche proposte. Dal lavoro è inoltre emerso che, le differenze tra donatore e ricevente a libello mHAgs ACC-1, ACC-4, ACC-5, LB-MTHFD1-1Q, UGT2B17, DPH1, LRH1 potrebbero essere fattori predittivi di GvHD (p<0.05). La seconda evidenza è legata a un trend secondo cui il mismatch per LB-ADIR1 protegge dalla recidiva di malattia, in particolare nei confronti della LAL-Ph+ che è scarsamente responsiva all'allo-immunoterapia. Questo lavoro pilota, la cui casistica deve quindi essere ampliata, ha dimostrato l’efficacia della genotipizzazione con IPlex Gold Sequenom e l’elevato potenziale degli mHAgs sia come fattori predittivi di GvHD che come driver di GvL.

Il trapianto di midollo osseo aploidentico nelle patologie oncoematologiche: studio clinico

L’argomento della presente tesi di dottorato riguarda lo studio clinico del trapianto di cellule staminali emopoietiche aploidentiche nelle patologie oncoematologiche. Nel periodo di tempo compreso tra 1/12/2005 ed il 30/10/2007 sono stati arruolati 10 pazienti (6 LAM, 3 LAL, 1 LMC in crisi blastica mieloide) nell’ambito di uno studio clinico che prevedeva il trapianto di midollo osseo aploidentico per pazienti affetti da patologia oncoematologica in prima o successiva recidiva, per i quali non fosse disponibile un donatore di midollo osseo consanguineo o da banca. Lo schema di condizionamento al trapianto di midollo osseo utilizzato era il seguente: Fludarabina 150/m2, Busulfano orale 14mg/kg, Tiothepa 10mg/kg e Ciclofosfamide 160mg/kg. Per la profilassi della malattia da trapianto contro l’ospite è stata somministrata timoglobulina antilinfocitaria (ATG) al dosaggio complessivo di 12.5 mg/kg, short course metotrexate (+1, +3 e +11), cortisone e ciclosporina con tapering precoce al + 60. I pazienti hanno reinfuso una megadose di cellule CD34+ mediana pari a 12.8x106/kg. Tre pazienti non sono valutabili per l’attecchimento a causa di rigetto (1/3) o morte precoce (2/3). Sette pazienti sono valutabili per l’attecchimento; per questi pazienti il tempo mediano a 500 PMN/mmc e a 20 x 109/l piastrine è stato rispettivamente di 17 e 20 giorni. Quattro pazienti su 7 hanno svillupato una Graft versus Host Disease (GVHD) acuta di grado II-IV, mentre soltanto 1/7 ha sviluppato una GVHD cronica. Sette pazienti su 10 trapiantati hanno ottenuto una remissione completa successivamente al trapianto. Di questi, attualmente 2 pazienti sono vivi in remissione completa, mentre gli altri 5 sono ricaduti e successivamente deceduti. In conclusione, il trapianto aploidentico è una procedura fattibile ed efficace. Tale procedura è in grado di garantire un 20% di lungo sopravviventi in un setting di pazienti a prognosi estremamente infausta.

Selezione e processazione di cellule Natural Killer da donatore aploidentico "KIR-ligand" incompatibile per l'immunoterapia adottiva di pazienti con Leucemia Acuta Mieloblastica ad alto rischio

The effector function of natural killer (NK) cells is regulated by activating and inhibitory receptors, termed killer immunoglobulin-like receptors (KIRs). In haploidentical T-cell depleted transplantation the donor/recipient KIR mismatch significantly impacts on NK-mediated tumor cell killing, particularly in acute myeloid leukaemia (AML). Thirty-four high risk AML patients entered a phase I-II study of adoptive NK-cell based immunotherapy and were screened for the availability of one haploidentical KIR ligand mismatched donor. Thirteen of them resulted as having one suitable donor. NK cells were enriched from steady-state leukaphereses by using a double-step immunomagnetic separation system, consisting in depletion of CD3+ T cells followed by positive selection of CD56+ NK cells. CD56+ cells were enriched from 7,70% (1,26-11,70) to 93,50% (66,41-99,20) (median recovery 53,05% (30,97-72,85), median T-depletion 3,03 log (2,15-4,52) viability >92%) and their citotoxic activity was inalterate. All patients (4 progressions, 1 partial remission and 8 complete remissions) received NK cell infusion which was preceeded by immunosuppressive chemotherapy (fludarabine and cyclophosphamide) and followed by interleukin 2 injections. The median number of reinfused NK cells was 2,74x10(e)6/kg(1,11-5,00) and contamining CD3+ T cells were always less than 1x10(e)5/kg. The procedure was well-tolerated and no significant toxicity, including GvHD, related to NK cell infusion was observed. The donor NK cells were demonstrated in 5/10 patients. Among the 8 patients in complete remission 5 patients are stable after 18, 15, 4, 2 months of follow-up. Three other patients relapsed after 2 and 7 months. The patient in partial remission obtained a complete remission, which lasted for 6 months. The 4 patients with active/progressive disease showed the persistence of disease. This clinical observation may be correlated with in vitro studies, indicating that AML cells are capable to induce NK cell apoptosis in a dose-depend manner. In summery, a two-step enrichment of CD56+ NK cells allows the collection of a suitable number of target cells to be used as adoptive immunotherapy in AML patients. Infusion of NK cells is feasible and safe and adoptively transferred NK cells can be detected after infusion.

Detection and localization of GLUTs in spermatozoa from different domestic species

Sperm cells need hexoses as a substrate for their function, for both the maintenance of membrane homeostasis and the movement of the tail. These cells have a peculiar metabolism that has not yet been fully understood, but it is clear that they obtain energy from hexoses through glycolisis and/or oxidative phosphorylation. Spermatozoa are in contact with different external environments, beginning from the testicular and epididymal fluid, passing to the seminal plasma and finally to the female genital tract fluids; in addition, with the spread of reproductive biotechnologies, sperm cells are diluted and stored in various media, containing different energetic substrates. To utilize these energetic sources, sperm cells, as other eukaryotic cells, have a well-constructed protein system, that is mainly represented by the GLUT family proteins. These transporters have a membrane-spanning α-helix structure and work as an enzymatic pump that permit a fast gradient dependent passage of sugar molecules through the lipidic bilayer of sperm membrane. Many GLUTs have been studied in man, bull and rat spermatozoa; the presence of some GLUTs has been also demonstrated in boar and dog spermatozoa. The aims of the present study were - to determine the presence of GLUTs 1, 2, 3, 4 and 5 in boar, horse, dog and donkey spermatozoa and to describe their localization; - to study eventual changes in GLUTs location after capacitation and acrosome reaction in boar, stallion and dog spermatozoa; - to determine possible changes in GLUTs localization after capacitation induced by insulin and IGF stimulation in boar spermatozoa; - to evaluate changes in GLUTs localization after flow-cytometric sex sorting in boar sperm cells. GLUTs 1, 2, 3 and 5 presence and localization have been demonstrated in boar, stallion, dog and donkey spermatozoa by western blotting and immunofluorescence analysis; a relocation in GLUTs after capacitation has been observed only in dog sperm cells, while no changes have been observed in the other species examined. As for boar, the stimulation of the capacitation with insulin and IGF didn’t cause any change in GLUTs localization, as well as for the flow cytometric sorting procedure. In conclusion, this study confirms the presence of GLUTs 1, 2 ,3 and 5 in boar, dog, stallion and donkey spermatozoa, while GLUT 4 seems to be absent, as a confirmation of other studies. Only in dog sperm cells capacitating conditions induce a change in GLUTs distribution, even if the physiological role of these changes should be deepened.

Effetto della combinazione di cellule CD4+CD25+, cellule staminali emopoietiche CD34+e ATG nella prevenzione della risposta alloreattiva delle cellule T in vitro ed in vivo

Il trapianto delle cellule staminali emopoietiche umane CD34+ in combinazione con le cellule T regolatorie CD4+/CD25+ FoxP3+ (Tregs) potrebbe prevenire l'alloreattività verso le cellule staminali emopoietiche e ridurre il rischio di rigetto in trapianti allogenici HLA non correlati. Per dimostrare questa ipotesi abbiamo messo in coltura le cellule CD34+ e le cellule CD4+/CD25+ isolate con metodica immunomagnetica (Miltnyi Biotec)da sangue periferico non manipolato,sangue periferico mobilizzato con G-CSF o da Cordone ombelicale. Gli esperimenti svolti in vitro, hanno evidenziato che le cellule Tregs arricchite, ottenute dalla stessa fonte delle cellule CD34+( autologhe), mostravano un effetto inibitorio maggiore sulle celulle T alloreattive, rispetto alle cellule Tregs ottenute da un donatore terzo(allogenico).Inoltre l'attività immunosoppressoria delle Tregs era mantenuta dopo stimolazione con cellule CD34+ allogeniche e i Tregs non modificavano l'attività clonogenica delle cellule staminali CD34+. Avendo ottenuto questi dati in vitro abbiamo trapiantato in topi NOD/SCID le cellule Tregs e le cellule CD34+ in rapporto 1:1 o 1:2 ed è stato osservato un normale attecchimento delle cellule staminali. Incubando queste cellule con dosi fisiologiche di timoglobulina derivata da coniglio (nota molecola immunosopressoria) non veniva modificato il numero dei Tregs dopo 6 giorni di coltura. Dopo l'esposizione alla Timoglobulina, inoltre, i Tregs mantenevano la loro attività soppressoria, aumentava l'espressione del recettore chemochinico CCR7, e venivano rilasciate diverse citochine principalmente l'interleuchina 10(IL-10). Tali dati dimostrano come sia le cellule tregs autologhe che quelle allogeniche potrebbero essere trapiantate insieme alle cellule staminali CD34+ dopo un regime preparatorio di terapia che include la timoglobulina. A tale scopo sono state eseguite selezioni di Tregs da aferesi di donatori sani mobilizzati con G-CSF su scala clinica utilizzando biglie immunomagnetiche Clinical grade (Miltenyi Biotec) e sono state confrontate 2 modalità di selezione con due o tre passaggi con o senza la deplezione dei monociti CD14+.Si è dimostrato così che è possibile selezionare un numero uguale di CD34+ e Tregs ,che con la metodica che prevede la deplezione dei monociti si ottiene una popolazione di cellule Tregs più pura ( > 80%) e infine le applicazioni possibili di questi risultati includo: trapianto di cellule CD34+ del donatore insieme a cellule Tregs in trapianti aploidentici ; infusione of cellule tregs isolate da PBSC mobilizzati con G-nei casi di pazienti con GVHD steroide-resistente; infusione di G-Tregs del donatore nei casi di rigetto di organo trapiantato da of donatore ancora vivente.

Patologie da Porcine Circovirus tipo 2 (PCV2) nel suino

The main work involved the PMWS (Post-weaning multisystemic Wasting Syndrome), caused by PCV-2 (Porcine Circovirus type 2) that involved post-weaned pigs. Merial Italy has funded a study activity in which groups of 3-5 animals were sampled for lungs, tracheo-bronchial and superficial inguinal lymph nodes, ileum and tonsils. The protocol applied can be identified as a more diagnostic potential on the individual than on the group. PNP. Another investigation has been conducted to study proliferative and necrotizing pneumonia (PNP), a form of interstitial pneumonia in weaning and post-weaning pigs characterized by hypertrophy and hyperplasia of type II pneumocytes, coagulative necrosis and granular debris within alveolar spaces. Many studies suggest porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) and porcine circovirus type 2 (PCV2) as the main causes of the disease, but Aujeszky disease virus (ADV) and swine influenza virus (SIV) are also considered. An immunohistochemical study was carried out to evaluate the role of these viruses in PNP lesions in Italy. PNP results primarily associated with PRRSV, even if co-infection is characterized by more severe histological features. Reproductive pathology. A major risk factor for PCV2 infection is a viraemic episode taking place in pregnant sows with low antibody titer which is transmitted by specific PCV2 products of conception. PCV2 can infect the fetus even by vehicles through infected semen or ova, or as a result of infection of the genital tract. An investigation was carried out to identify the presence and localization of PCV2 in the genital tracts of sows experimentally infected with PCV2 and in their fetuses. The results obtained suggest that: conventional sows can be infected by intrauterine exposition; low antibody titres increase the probability of infection; PCV2 infection close to insemination time reduces the pregnancy rate; placental lesions may represent an additional cause of fetal suffering.

Therapeutic strategies for modulation of the vaginal microbiota

The vaginal microbiota of healthy women consists of a wide variety of anaerobic and aerobic bacteria, dominated by the genus Lactobacillus. The activity of lactobacilli is essential to protect women from genital infections and to maintain the natural healthy balance of the vaginal ecosystem. This role is particularly important during pregnancy because vaginal infection is one of the most important mechanisms for preterm birth. The most common vaginal disorder is bacterial vaginosis (BV). BV is a polymicrobial disorder, characterized by a depletion of lactobacilli and an increase in the concentration of other bacteria, including Gardnerella vaginalis, anaerobic Gram-negative rods, anaerobic Gram-positive cocci, Mycoplasma hominis, and Mobiluncus spp. An integrated molecular approach based on real-time PCR and PCR-DGGE was used to investigate the effects of two different therapeutic approaches on the vaginal microbiota composition. (i) The impact of a dietary supplementation with the probiotic VSL#3, a mixture of Lactobacillus, Bifidobacterium and Streptococcus strains, on the vaginal microbial ecology and immunological profiles of healthy women during late pregnancy was investigated. The intake was associated to a slight modulation of the vaginal microbiota and cytokine secretion, with potential implications in preventing preterm birth. (ii) The efficacy of different doses of the antibiotic rifaximin (100 mg/day for 5 days, 25 mg/day for 5 days, 100 mg/day for 2 days) on the vaginal microbiota of patients with BV enrolled in a multicentre, double-blind, randomised, placebo-controlled study was also evaluated. The molecular analyses demonstrated the ability of rifaximin 25 mg/day for 5 days to induce an increase of lactobacilli and a decrease of the BV-associated bacteria after antibiotic treatment, and a reduction of the complexity of the vaginal microbial communities. Thus, confirming clinical results, it represents the most effective treatment to be used in future pivotal studies for the treatment of BV.

Studio della via di segnale PI3K/Akt/mTOR nelle Cellule Dendritiche

Il trapianto allogenico di cellule staminali emopoietiche è spesso l’unica soluzione per la cura di diverse malattie ematologiche. La aGVHD è la complicanza più importante che si può avere a seguito del trapianto allogenico ed è causata dai linfociti T del donatore che riconoscono gli antigeni del ricevente presentati dalle APC. Eliminare o inattivare la APC del ricevente prima del trapianto potrebbe prevenire la aGVHD. Ad oggi non esistono farmaci specifici diretti contro le APC, sono però noti i meccanismi molecolari coinvolti nella sopravvivenza cellulare come la via di segnale di PI3K. In questo lavoro abbiamo testato l’attività di due farmaci, che colpiscono target molecolari della via di PI3K, la rapamicina e la perifosina, sul differenziamento dei monociti a differenti popolazioni di cellule dendritiche (DC), in vitro. La rapamicina riduceva il recupero cellulare delle DC derivate da monociti coltivate in presenza di IL-4 aumentando l’apoptosi, mentre i monociti coltivati in presenza di GM-CSF con o senza IFN-α risultavano resistenti alla rapamicina. Inoltre la rapamicina riduceva l’espressione della molecola costimolatoria CD86 e incrementava l’espressione della molecola CD1a solo nei monociti coltivati con GM-CSF e IL-4. Nelle DC derivate dai monociti in presenza di IL-4 la rapamicina bloccava la produzione di IL-12 e TNF-α e ne alterava la capacità allostimolatoria. La rapamicina non alterava la sopravvivenza e la funzione delle DC circolanti. Il trattamento con perifosina provocava un incremento di apoptosi nei monociti coltivati sia con GM-CSF che con GM-CSF e IL-4. La perifosina bloccava la produzione di TNF-α nelle DC derivate da monociti coltivati nelle diverse condizioni. Questi risultati dimostrano che l’azione della rapamicina è strettamente dipendente dalla presenza dell’IL-4 nel terreno di coltura, in vitro, rispetto alla perifosina e suggeriscono un possibile ruolo della perifosina nella prevenzione della GVHD prima del trapianto allogenico di cellule staminali.

La fotochemioterapia extracorporea (ECP) nel trattamento delle glomerulonefriti

I pazienti con glomerulopatie con sindrome nefrosica hanno poche opzioni di trattamento efficace. Riportiamo la nostra esperienza sull'utilizzo della fotochemioterapia extracorporea ( ECP) in 9 pazienti in cui non era stata osservata una risposta efficace/duratura alla convenzionale terapia farmacologica. L’ECP è una promettente terapia immunomodulante, che è stata utilizzata con successo nel trattamento di altre condizioni immunomediate come il rigetto nel trapianto e il GvHD. METODI: In questo studio abbiamo arruolato 9 pazienti, 5 maschi e 4 femmine, età media 32.7±8.9 anni, affetti da sindrome nefrosica e non responsivi/resistenti alle comuni terapie. Il follow-up medio è stato di 41.3±21.7 mesi. Tutti i pazienti sono stati sottoposti a cicli di fotochemioterapia extracorporea secondo il seguente schema: 1ciclo (2 sedute in 2 giorni consecutivi) ogni 15 giorni per tre mesi, seguito da 1ciclo al mese per tre mesi. Il follow up è stato effetuatio ogni 3 mesi durante il primo anno e poi ogni 12 mesi. Durante il follow up sono stati monitorati pressione arteriosa, funzione renale, marcatori diretti ed indiretti di attività della malattia e indici di flogosi. RISULTATI: attraverso l'analisi dei parametri ematochimici indici di attività di malattia, e monitorando l'eventuale progressione della malattia renale, è stato possibile dimostrare che l' ECP può rappresentare per casi selezionati di pazienti una valida ulteriore opzione terapeutica. Secondo i risultati preliminari tale trattamento risulta inoltre caratterizzato da un eccellente profilo di sicurezza . CONCLUSIONI: I risultati osservati suggeriscono che l’ECP è un trattamento efficace per i pazienti con glomenulonefriti con sindrome nefrosica, soprattutto in coloro che presentano ancora una buona funzionalità renale. Valutazioni cliniche aggiuntive dovranno aiuteranno a definire meglio la popolazione di pazienti in cui ECP sia più efficace e raccomandabile.

Interactions between the gut microbiota, short-chain fatty acids and the immune system in pediatric patients undergoing hematopoietic stem cell transplantation

The gut microbiota (GM) is essential for human health and contributes to several diseases; indeed it can be considered an extension of the self and, together with the genetic makeup, determines the physiology of an organism. In this thesis has been studied the peripheral immune system reconstitution in pediatric patients undergoing allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (aHSCT) in the early phase; in parallel, have been also explored the gut microbiota variations as one of the of primary factors in governing the fate of the immunological recovery, predisposing or protecting from complications such as the onset of acute graft-versus-host disease (GvHD). Has been demonstrated, to our knowledge for the first time, that aHSCT in pediatric patients is associated to a profound modification of the GM ecosystem with a disruption of its mutualistic asset. aGvHD and non-aGvHD subjects showed differences in the process of GM recovery, in members abundance of the phylum Bacteroidetes, and in propionate fecal concentration; the latter are higher in the pre-HSCT composition of non-GvHD subjects than GvHD ones. Short-chain fatty acids (SCFAs), such as acetate, butyrate and propionate, are end-products of microbial fermentation of macronutrients and distribute systemically from the gut to blood. For this reason, has been studied their effect in vitro on human DCs, the key regulators of our immune system and the main player of aGvHD onset. Has been observed that propionate and, particularly, butyrate show a strong and direct immunomodulatory activity on DCs reducing inflammatory markers such as chemokines and interleukins. This study, with the needed caution, suggests that the pre-existing GM structure can be protective against aGvHD onset, exerting its protective role through SCFAs. They, indeed, may regulate cell traffic within secondary lymphoid tissues, influence T cell development during antigen recognition, and, thus, directly shape the immune system.

In vitro characterisation and expansion of human regulatory T cells for their in vivo application in the induction of tolerance in haematopoietic stem cell and solid organ transplantation

Solid organ transplantation (SOT) is considered the treatment of choice for many end-stage organ diseases. Thus far, short term results are excellent, with patient survival rates greater than 90% one year post-surgery, but there are several problems with the long term acceptance and use of immunosuppressive drugs. Hematopoietic Stem Cells Transplantation (HSCT) concerns the infusion of haematopoietic stem cells to re-establish acquired and congenital disorders of the hematopoietic system. The main side effect is the Graft versus Host Disease (GvHD) where donor T cells can cause pathology involving the damage of host tissues. Patients undergoing acute or chronic GvHD receive immunosuppressive regimen that is responsible for several side effects. The use of immunosuppressive drugs in the setting of SOT and GvHD has markedly reduced the incidence of acute rejection and the tissue damage in GvHD however, the numerous adverse side effects observed boost the development of alternative strategies to improve the long-term outcome. To this effect, the use of CD4+CD25+FOXP3+ regulatory T cells (Treg) as a cellular therapy is an attractive approach for autoimmunity disease, GvHD and limiting immune responses to allograft after transplantation. Treg have a pivotal role in maintaining peripheral immunological tolerance, by preventing autoimmunity and chronic inflammation. Results of my thesis provide the characterization and cell processing of Tregs from healthy controls and patients in waiting list for liver transplantation, followed by the development of an efficient expansion-protocol and the investigation of the impact of the main immunosuppressive drugs on viability, proliferative capacity and function of expanded cells after expansion. The conclusion is that ex vivo expansion is necessary to infuse a high Treg dose and although many other factors in vivo can contribute to the success of Treg therapy, the infusion of Tregs during the administration of the highest dose of immunosuppressants should be carefully considered.