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Immuntoxikologie  

Dr.  Dieter  Müller  Gi4informa7onszentrum-­‐Nord  der  Länder  Bremen,  Hamburg,  

Niedersachsen  und  Schleswig-­‐Holstein    (GIZ-­‐Nord)  

Universitätsmedizin  GöMngen  Georg-­‐August-­‐Universität    

13.12.2011  

Immuntoxikologie  -­‐      

Veränderung  immunologischer  Funk7onen  

   

Immuntoxikologie      -­‐  Einführung  -­‐  Immunorgane  -­‐  Methoden  -­‐  Allergien  -­‐  Testverfahren      

Immunsystem  

•  Verteidigung  des  Organismus  gegen    –  parasi7sche  Zellen  –  Krankheitserreger  –  Virusbefall  –  entartete  Körperzellen  

 

•  Unterscheidung  zwischen  körpereigenem,  gesunden  Gewebe  und  Fremdgewebe  

„Immuntherapie“  

•  Immunmodula7on  –  Impfung    –  Hyposensibilisierung  –  Immunsuppression    –  Immuns7mula7on  –  therapeu7sche  An7körper  –  An7seren  

•  Thyreoiditis Hashimoto •  Transplantation •  Myasthenia gravis •  rheumatoide Arthritis •  Allergie

„Immunorgane“  •  Lymphfollikel  •  Lymphknoten  •  Milz  •  Tonsillen    •  Thymus  

„Immunorgane“  •  Lymphfollikel  •  Lymphknoten  •  Milz  •  Tonsillen    •  Thymus  

„Immunzellen“  •  Unspezifisch  (vorhanden  -­‐  schnell)  

–  Zellulär  •  Granulozyten  •  Monozyten,  Makrophagen  

•  Spezifisch  (erworben  -­‐  mit  Latenz)  –  Zellulär  

•  B-­‐Lymphozyten  •  T-­‐Lymphozyten  

–  Humoral  •  An7körper  

Weisses  Blutbild  pluripotente Stammzelle

Lymphozyt

Plasmazelle

Monozyt

Makrophage Granulozyten

basophil

eosinophil

neutrophil

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Blutzellen  

www.krebsinformationsdienst.de/ bilder/Blutzel

Spezifische  Immunabwehr  •  B-­‐Lymphozyten  -­‐  Plasmazellen  

–  Produk7on  spezifischer  An7körper  •  AK  markieren  Fremdes  (Opsonisierung)  und  fördern  Phagozytose  •  Bekämpfung  bakterieller  Infek7onen  

•  T-­‐Lymphozyten  –  Docken  mit  An7gen-­‐Rezeptoren  an  fremde  oder  entartete  Zellen  an  

•  Funk7onsstörung  zellulärer  An7gene  •  Bekämpfung  von  Viren,  Pilzen,  Krebszellen  

–  Binden  An7gene  •  Verringerung  der  freien  Konzentra7on  löslicher  An7gene  

-­‐  sezernieren  Zytokine  (Interkeukine)  

An7körper  

L-Kette

H-Kette

N-Terminus Antigenbindung

C-Terminus

u  IgG: Hauptteil der zirkulierenden Antikörper (monomer, Opsonisierung von Antigenen), 3 Wochen nach Krankheitsbeginn, persistierend

u  IgE: Bindung von IgE an spezifische Rezeptoren auf der Oberfläche von Mastzellen und Granulozyten Aus-schüttung von Mediatoren (Abwehr von Parasiten, Typ I-Allergie)

u  IgM: Antigenrezeptor ruhender immun-kompetenter B-Lymphozyten (monomer und oberflächengebunden), Antigenbindung führt zu Quervernetzung und Aktivierung, Produktion löslicher IgM-Pentamere, Akutphase der Erkrankung, transient

u  IgA: Schleimhautimmunität (monomer und dimer)

u  IgD: physiologische Funktion unbekannt

Fc-Teil

Fab-Teil

Immuntoxikologie  •  Störung  der  reizadäquaten  Funk7on  des  Immunsystems  durch  chemische  Substanzen  (schwierig  zu  erfassen)  –  Inadäquate  S7mula7on  

•  Autoimmunerkrankungen    •  Allergien  Typ  I-­‐IV  

–  Immunsuppression  •  Unterdrückung  der  humoralen  Antwort  •  Unterdrückung  der  zellulären  Antwort  •  führt  zu  einer  Beeinträch7gung  der  Infekt-­‐  und  Tumorabwehr  

Risikoabschätzung  Vor  dem  klinischen  Einsatz  von  Pharmaka  mit  Hilfe  von  praeklinischen  Testverfahren  

zusätzlich  zur  „Rou7ne-­‐Toxikologie“:    •  An7gen-­‐  Haptenfunk7on  •  Immunsuppressive  Effekte  •  Immuns7mulierende  Effekte  z.  B.    

–  Anaphylaxie  –  Immunkomplexbildung  –  Bildung  neutralisierender  An7körper    

•  Haematologie,  Histologie,  Lymphocytendifferenzierung  •  B-­‐Lymphocytenfunk7on  (IgG-­‐,  IgM-­‐Serumkonzentra7onen  -­‐  An7gen  induzierte  Ig-­‐

Synthese)  •  T-­‐Lymphocytenfunk7on  (Prolifera7on)  •  Phagocytenfuk7on    •  NK-­‐Zellfunk7on  

Immuntoxikologie  -­‐  Methoden    •  Histopathologie  lympha0scher  Organe  

 (Milz,  LN,  KM,  PP,  Thymus)  •  Analyse  von  Subpopula0onen  

 (Durchflußzytometer  (FACScan))  •  Funk0onstest  

 (Immunreak7on  gegen  An7gen  wie  SRBC  (PFCA))  •  Analyse  von  An0körpern  im  Serum  

 (Immunglobuline  IgM,  IgG,  IgA  und  IgE  (ELISA))  

Immuntoxikologie  -­‐  Methoden    •  Histopathologie  

www.mh-hannover.de/.../ Lymphknoten.jpg, www.mh-hannover.de/. ../milz/Milz.jpg

homepage.mac.com/.../ repmail/picts/GI196b.jpg

Immuntoxikologie  -­‐  Methoden    •  FlourescenceAcitvated  CellSor7ng    -­‐  Zellpopula7onen  

www.cvm.ncsu.edu/ccmtr/ images/flocyt/streams.jpg Prof. Dr. Hans Werner Vohr, Bayer HealthCare AG, Wuppertal

Immuntoxikologie  -­‐  Methoden    •  FACScan  -­‐  Zellpopula7onen  

Prof. Dr. Hans Werner Vohr, Bayer HealthCare AG, Wuppertal

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Immuntoxikologie  -­‐  Methoden    •  Funk7onstest,  z.  B.  SheepRedBloodCell  –    •  PlaqueFormingCellAssay  

www.medicine.mcgill.ca/.../ images/PFC_assay.jpg

Immuntoxikologie  -­‐  Methoden    •  Funk7onstest  –    Bes7mmung  von  AK-­‐Titern  

Prof. Dr. Hans Werner Vohr, Bayer HealthCare AG, Wuppertal Prof. Dr. Hans Werner Vohr, Bayer HealthCare AG, Wuppertal

Toxische  Immunsuppression  •  Verminderung  der  körperlichen  Abwehr  gegenüber  

–  Infek7onen  –  Tumoren  –  Transplantaten  

•  Hoher  Zellumsatz  im  Immunsystem  bedingt  kurze  Lebensdauer  funk7onell  ak7ver  Zellen  

•  Substanzen,  die  in  die  Zellprolifera7on  eingreifen,  machen  sich  daher  beim  Immunsystem  besonders  bemerkbar  –  Immunsuppressiva  (Ciclosporin,  Zytosta7ka)  –  Glucocor7coide  –  Polychlorierte  Biphenyle    –  Tetrachlordibenzo-­‐p-­‐dioxin  (2,3,7,8)  –  Au,  Pt,  Hg,  Se,  Be,  Cd,  Zn,  Organozinn-­‐Verbindungen  

Allergie  •  Überschießende  Reak7on  des  Immunsystems  •  Voraussetzung:  Sensibilisierung  durch  Makromoleküle  

•  Große  Empfindlichkeitsunterschiede  zwischen  einzelnen  Pa7enten  

•  Dosis-­‐Wirkungs-­‐Beziehungen  nur  individuell  gül7g  

Typ  1-­‐Allergie  •  Sofor>yp:  Symptombeginn  unmijelbar  bis  wenige  Minuten  nach  

Exposi7on,  (+Spätphase  n.  2-­‐6h)  •  Mechanismus:  IgE-­‐vermijelte  Freisetzung  Gefäß-­‐ak7ver  Mediatoren  

(Histamin,  Leukotriene,  Prostaglandine)  aus  Mast-­‐Zellen  -­‐  humoral  –  Ur7caria  (Nesselsucht)  –  Allergische  Rhini7s  (Heuschnupfen)  –  Asthma  bronchiale  –  Quincke-­‐Ödem  (Gesichts-­‐Rachen-­‐Kehlkopf-­‐Schwellung)  –  Anaphylak7scher  Schock  

•  Auslösende  Substanzen:  –  Gräserpollen  –  An7gene  von  Hausstaubmilben  –  Nahrungsmijel-­‐Zusatzstoffe  –  Medikamente  (z.  B.  Penicillin,  Lokalanaesthe7ka  etc.)  –  Umwelt-­‐Schadstoffe  

Typ  1-­‐Allergie        

Lidoedem

aus Braun-Falco: „Dermatologie und Venerologie“

Urticaria

Typ  2-­‐Allergie  •  Sofor>yp:  Symptombeginn  unmijelbar  bis  wenige  Minuten  nach  

Exposi7on  •  Mechanismus:  IgG-­‐  und  IgM-­‐vermijelte  Reak7on  (an7körperabhängige,  

zelluläre  Zytotoxizität  und/oder  komplementabhängige  Lyse  soma7scher  Zellen)  –  Anaemie,  Leukozytopenie,  Thrombozytopenie  –  von  Autoimmunprozessen  o4  schwer  abzugrenzen  (Lupus  erythematodes,  

Pemphigus,  Myasthenia  gravis)  

•  Auslösende  Substanzen:  –  (Transfusionsreak7on)    –  Medikamente,  z.  B.  Penicillin,  Chinidin,  Hydralazin  –  Xenobio7ka  

aerzteblatt.lnsdata.de/.../ 2008/12/img133667.jpg

Typ  3-­‐Allergie    •  Mechanismus:    •  IgG-­‐  und  IgM-­‐vermijelte  Reak7on  (an7körperabhängige  Bildung  löslicher  

Immunkomplexe  -­‐  humoral,  Ablagerung  im  Gewebe/auf  Membranen,  komplementabhängige  Entzündungsreak7on)  –  Alveoli7s  (exogen-­‐allergisch)  –  Vasculi7s  (Glomerolunephri7s)  –  von  Autoimmunprozessen  o4  schwer  zu  unterscheiden  

•  Auslösende  Substanzen:  –  Seren  –  organischer  Staub  (Farmerlunge)  –  Isocyanate    

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Typ  4-­‐Allergie  

•  Verzögerter  Typ:  Symptombeginn  mehrere  Stunden  nach  Exposi7on  •  Mechanismus:  Entzündungsreak7on  im  Bereich  der  Haut,  primär  durch  

an7genvermijelte  T-­‐Zell-­‐Ak7vierung  -­‐  zellulär  –  Allergisches  Kontaktekzem  

•  Auslösende  Substanzen:  –  Lokalanaesthe7ka  –  Metalle  (Gold,  Kobalt,  Nickel)  –  Inhaltsstoffe  von  Kosme7ka  und  Salben  –  Kühlschmierstoffe  –  Farbstoffe  (Tex7lien)  –  Latex  

•  Sensibilisierung  besonders  bei  vorgeschädigter  oder  langdauernd  nasser  Haut  (Nass-­‐Arbeitsplätze,  Handschuhe)  

Autoimmun-­‐erkrankungen    

•  Pemphigus  vulgaris  

edoc.hu-berlin.de/.../HTML/image006.gif

wiki

Autoimmun-­‐erkrankungen    

Rheumatoide  Arthri7s    

Antiphlogistica

Corticosteroide

Basistherapie - MTX

„Biologicals“

Infliximab (Remicade®)

Etanercept (Enbrel®)

Praedik7ve  Tests  1  –  in  vivo  

•  Draize-­‐Test  1959  •  Bühler-­‐Test  1965    

 Induk7on  epidermal  mit  min.  irr.  Conc.,  Challenge  mit  max.  non-­‐irr.  Conc.    

Am  36.  Tag,  Ergebnis  24/48h        •  Maximiza7on-­‐Test  1969  

 Induk7on  intradermal  und  epidermal  occlusiv,  Challenge    

Praedik7ve  Tests  2  

•  LLNA  (local  lymph  node  assay)    Test  Chemikalie  auf  das  Ohr,  Tag  1,2,3    Protein-­‐Hapten-­‐Komplexe    Langerhans-­‐Zellen    Lymphknoten,  Tri7um-­‐Thymidin-­‐uptake  als  Indikator  am  6.  Tag,  Gewicht,  Zellzahl  

Predictive Toxicology Methods for TDD, Prevo et al, Dermatotoxicolgy, 5th edition and OECD guideline 429

Praedik7ve  Tests  3  –  in  vitro   Aktivierung dendritischer Zellen Proteinbindung Penetration

•  10.  November  2008  Hautmodell  sta>  Kaninchen  •  OECD-­‐Expertenkommission  einigt  sich  auf  0erversuchsfreie  Methode  

zur  Prüfung  der  hautreizenden  Wirkung  von  Stoffen  (BfR)  

Praediktive Tests 3a

www.zet.or.at/.../1-071210_ ZET_077%20Kopie.jpg

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Zusammenfassung  

•  Immunsuppressive  und  immuns7mulierende  Wirkungen  von  Substanzen  werden  mit    immuntoxikologischen  Methoden  untersucht.  

•  Damit  wird  auch  eine  Unterscheidung  zwischen  irrita7v-­‐toxischen  und  sensibilisierenden  Wirkungen  und  deren  Vorhersage  ermöglicht.  

FDA Guidance for Industry, Immunotoxicology Evaluation of Investigational New Drugs, 2002 EPA Health Effects Test Guidelines "Skin Sensitization“, 1998 OECD 406 Guideline for Testing Chemicals, "Skin Sensitisation“ OECD 429, Guideline for Testing Chemicals "Skin Sensitisation“, 2002 PMP/SWP/398/01 "Note for Guidance on Photosafety Testing“, 2002 ICH - International Conference on Harmonization: Guideline S8: Immuntoxicoloy for Human Pharmaceuticals

Richtlinien Quellen  und  weitere  Informa7on  I:    

•  DGPT-­‐Weiterbildungskurs  Fremdstoffallergie/  Immuntoxikologie,  Charité  Campus  Benjamin  Franklin    hjp://www.charite.de/kliphatox/lehre/weiterbildung_2.html  

•  Prof.  Vohr,  Bayer,  Immuntoxikologie  •  Braun-­‐Falco,  Typ  I  -­‐Allergie  •  Ippen,  Chlorpromazin,  Phototoxizität  1993  •  Graphiken  Wiki  •  Textbook  Contact  Derma77s  •  Siehe  auch  Links  Reproduk7onstoxikologie  

Quellen  und  weitere  Informa7on  II:    §  Gi4informa7onszentrum  Nord:  hjp://www.giz-­‐nord.de/php/  

§  Umweltbundesamt  (Registra7on,  Evalua7on,  Authorisa7on  and  Restric7on  of  Chemicals  (REACH):  hjp://www.reach-­‐info.de/  

§  Gesellscha4  für  Toxikologie  (GT) in  der  Deutschen  Gesellscha4  für  experimentelle  und  klinische  Pharmakologie  und  Toxikologie  (Fachpharmakologe/Fachtoxikologe):  hjp://www.tox-­‐online.de/home/  

§  TOXNET  -­‐  Databases  on  toxicology,  hazardous  chemicals,  environmental  health,  and  toxic  releases:  hjp://toxnet.nlm.nih.gov/  

§  Chemical  Safety  Informa7on  from  Intergovernmental  Organiza7ons:  hjp://www.inchem.org/  

§  OECD  (ORGANISATION  FOR  ECONOMIC  CO-­‐OPERATION  AND  DEVELOPMENT)  Guidelines  for  the  Tes7ng  of  Chemicals,  Sec7on  4:  Health  Effects:hjp://puck.sourceoecd.org/vl=2268234/cl=39/nw=1/rpsv/cw/vhosts/oecdjournals/1607310x/v1n4/contp1-­‐1.htm  

§  Na7onal  Toxicology  Program:  hjp://ntpapps.niehs.nih.gov/ntp_tox/index.cfm?fuseac7on=ntpsearch.searchhome  

§  ISi  -­‐  Informa7onssystem  für  Sicherheitsdatenblätter:  hjp://ntpapps.niehs.nih.gov/ntp_tox/index.cfm?fuseac7on=ntpsearch.searchhome  

§  Gefahrstoffinforma7onssystem  der  Deutschen  Gesetzlichen  Unfallversicherung:  hjp://www.dguv.de/ifa/de/ges7s/stoffdb/index.jsp  

§  Gefahrstoffliste  2009  (BGIA-­‐Report  1/2009):  Gefahrstoffe  am  Arbeitsplatz  

§  Lehrbücher  der  Toxikologie    •  hjp://courseweb.edteched.uojawa.ca/medicine-­‐histology/English/Immunology/Default.htm  •  hjp://www.charite.de/kliphatox/lehre/weiterbildung_2.html  

Vielen  Dank  für  Ihre  Aufmerksamkeit  

   

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