Standards im infektiologischen Monitoring · Maßnahmen zur Minimierung des Infektrisikos nach...
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Standards im infektiologischen Monitoring Martina Sester, PhD Abteilung für Transplantations- und Infektionsimmunologie Universität des Saarlandes 66421 Homburg [email protected]
Infektionen nach Transplantation
Fishman (2007) N Engl J Med 357: 2601
CMV BKPyV
Immunosuppression Balance zwischen Abstoßung und Infektion
Infektion
Abstoßung
Funktionelle Parameter/Tests
EBV gesteuerte Immunsuppression zur Verhinderung einer PTLD
Lee et al. (2005) Am J Transplant 5: 2222
Therapie-Algorithmus
EBV Viruslast unterhalb des Schwellenwertes
EBV Viruslast oberhalb des Schwellenwertes
in 2 Proben oder symptomatische EBV Infektion
Normale Reduktion der Immunsuppression
Schnelle Reduktion der Immunsuppression
EBV gesteuerte Immunsuppression zur Verhinderung einer PTLD
Lee et al. (2005) Am J Transplant 5: 2222
0 50 100 150 200 2500
5
10
15
20
historische Kontrolle
Therapiegruppe
Monate nach Lebertransplantation
Pat
ien
ten
mit
PTL
D [
%]
Bakker et al. (2007) Transplantation 83: 433
CMV Infektion nach Transplantation
• Direkte Manifestationen einer CMV Infektion
• Indirekte Effekte: CMV als Risikofaktor einer Abstoßung
Direkte Manifestationen der CMV Infektion
Allgemeinsymptome
• Fieber, Leukopenie, Arthralgie,
Myalgie
Gastrointestinale Symptome
• Hepatitis, Colitis, Ulcerationen
Pneumonie
Nephropathie
Neurologische Symptome
• Enzephalitis, Radikulitis
Retinitis
Indirekte Effekte auf das Transplantatüberleben
Sagedal et al. (2004) Kidney Int 66: 329
Schnitzler et al. (2003) J Am Soc Nephrol 14: 780
Kliem et al. (2008) Am J Transplant 8: 975
Maßnahmen zur Minimierung des Infektrisikos nach Transplantation
• Identifizierung von Risikofaktoren
– CMV Status von Empfänger und Spender
– Höhe und Art der Immunsuppression
• Risikoadaptierte Wahl therapeutischer und diagnostischer Strategien
– Prophylaxe
– Präemptive Therapie incl. regelmäßiges Monitoring auf Hinweis einer Infektion
Risiko einer CMV Infektion in Abhängigkeit des Serostatus
CMV Status Empfänger R
CMV Status Spender D
Risiko
Negativ Negativ Niedrig
Positiv Negativ/Positiv Moderat
Negativ Positiv Hoch
Risiko
Hochrisiko auch bei T Zell-depletierenden Antikörpern (ATG, ALG, OKT-3)
Maßnahmen zur Minimierung des Infektrisikos nach Transplantation
• Identifizierung von Risikofaktoren
– CMV Status von Empfänger und Spender
– Höhe und Art der Immunsuppression
• Risikoadaptierte Wahl therapeutischer und diagnostischer Strategien
– Prophylaxe
– Präemptive Therapie incl. regelmäßiges Monitoring auf Hinweis einer Infektion
Internationale Consensus Guidelines
Diagnostik
Prävention
Behandlung
Resistenz
Immunologie
Aspekte der Pädiatrie
Update Guidelines meeting 25.-26. Oktober 2012
Montréal, Kanada
International consensus guidelines on the management of cytomegalovirus in solid organ transplantation
Update: Kotton C.N. et al. Transplantation (2013) 96: 333
Kliem et al. (2015) Dtsch Med Wochenschr 140: 612
Diagnostik Prä-Transplant
Serologie von Spender und Empfänger zur Risikoeinschätzung
Bei seronegativem Empfänger, Wiederholung vor Transplantation
Cave: Transfusionen/Kinder < 12 Monate, im Zweifelsfall Hochrisiko annehmen
Bestimmung CMV spezifischer T Zellen
Kotton C.N. et al. Transplantation (2013) 96: 333 Kliem et al. (2015) Dtsch Med Wochenschr 140: 612
Diagnostik Post-Transplant
Quantitative Viruslastmessverfahren
– pp65 Antigenämietest
• Wenig standardisiert
• Cave bei Leukopenie
– Quantitative PCR Verfahren
• Grenzwerte wenig standardisiert
• Vollblut oder Plasma
– Cut-off muss in Kooperation mit Labor entwickelt und
evaluiert werden
Diagnose Therapiesteuerung Therapieansprechen
Kotton C.N. et al. Transplantation (2013) 96: 333 Kliem et al. (2015) Dtsch Med Wochenschr 140: 612
Nicht empfohlen
– Serologie
– ausschließlich qualitative Verfahren
– Kulturverfahren, nur in Ausnahmefällen
Diagnostik Post-Transplant
Kotton C.N. et al. Transplantation (2013) 96: 333 Kliem et al. (2015) Dtsch Med Wochenschr 140: 612
Prophylaxe
Besonders bei Hochrisikogruppen D+/R-
3-6 Monate
Medikation angepasst an Nierenfunktion (I)
- Valganciclovir
- i.v. oder oral Ganciclovir
- (Valaciclovir)
Problem: Späte CMV Erkrankung (Hybrid-Strategie)
Kotton C.N. et al. Transplantation (2013) 96: 333 Kliem et al. (2015) Dtsch Med Wochenschr 140: 612
Präemptive Therapie
Monitoring mittels (Antigenämie oder) quantitativer PCR - 1x/Woche bis 3-4 Monate nach Transplantation
Medikation in therapeutischer Dosierung - Valganciclovir
- i.v. Ganciclovir
- Ggfalls Reduktion der Immunsuppression
Monitoring unter Therapie - 1-2/Woche
- Therapiedauer ≥ 2 Wochen, bis Viruslast 2x negativ
- Ggfalls Sekundärprophylaxe
Kotton C.N. et al. Transplantation (2013) 96: 333 Kliem et al. (2015) Dtsch Med Wochenschr 140: 612
BK virus (BKPyV) • Mitglied der Polyomavirus Familie
• Infektion in der frühen Kindheit
• Persistenz in renalen Tubuluszellen
• Spontane asymptomatische Reaktivierungen bei Gesunden
• Ursache von
– Nephropathien bei Nierentransplantierten
– Hämorrhagische Zystitis bei Stammzelltransplantierten
Babel et al. (2011) Nat Rev Nephrol 7: 399
Begrifflichkeiten
Definition Befunde
Infektion Früherer oder akuter Kontakt
Serologie
Replikation Nachweis einer Virusvermehrung
Decoy Zellen Virurie, Virämie
Erkrankung Nachweis einer Gewebeschädigung
BKPyV-Replikation in Biopsie und Organdysfunktion
Decoy Zellen in der Urinzytologie
Nickeleit et al. (2000) N Engl J Med 342: 1309
BKPyV-infizierte Zellen in der Biopsie
Nickeleit et al. (2000) N Engl J Med 342: 1309
BKPyV nach Nierentransplantation
Decoy Zellen
Virämie
Nephropathie
Hirsch et al. (2002) N Engl J Med 347: 488
Nierenbiopsie • Polyomavirus-Nephropathie • Abstoßung
BKPyV-Replikation - Quantitative PCR: Im Urin >10^7 Kopien/ml oder Im Plasma >10^4 Kopien/ml
positiv
negativ Wiederholung in < 4 Wochen
Intervention nach Biopsiebefund und Klinik
Monat 1-3 4-wöchentlich Monat 4-12 4 bis 8-wöchentlich bei Transplantatdysfunktion bei geplanter Biopsie
BKPyV-Screening nach Transplantation
modifiziert nach Suwelack et al. (2012) Transplant Rev (Orlando) 26: 201
Maßnahmen zur Diagnostik und Therapie der BKPyV Infektion
Monitoring von Urin- und Plasma-Viruslast, Biopsie
Reduktion der Immunsuppression
Umstellung auf CyA oder mTOR Inhibitoren
(Cidofovir, Leflunomid, iv-Ig)
Nephrektomie
Suwelack et al. (2012) Transplant Rev 26: 201 Hirsch et al. (2014) Clin Microbiol Infect 20 Suppl 7: 74
Effekt der Umstellung der Immunsuppression
Hirsch et al. (2015) Am J Transplant 15: in press
Die Rolle der zellulären Immunität
Infektion
Abstoßung
Quantifizierung Antigen-spezifischer T Zellen nach Stimulation
T-Zelle
Vollblut/PBMC Stimuli Antigene/Peptide
APC
T cell
Aktivierung Zytokin-Induktion
6-24 Stunden
Proliferation
3-5 Tage
Quantifizierung Antigen-spezifischer T Zellen nach Stimulation
T-Zelle
Vollblut/PBMC
APC
T cell
Aktivierung Zytokin-Induktion
6-24 Stunden
IFN- release assays
Stimuli Antigene/Peptide
IFN- Release Assays
IFN- [U/ml] % IFN- positive T Zellen IFN- positive Zellen/ 200.000 PBMC
Einsatz der Immundiagnostik bei klinisch relevanten Erregern
M. tuberculosis Diagnose einer
latenten Infektion
Adenoviren Monitoring infektiöser Komplikationen
Influenzavirus Charakterisierung von
Impf-induzierten Immunantworten
VZV Epidemiologie
Monitoring infektiöser Komplikationen
BKV Epidemiologie
Monitoring infektiöser Komplikationen
Antigen-spezifische T Zellen
CMV Monitoring infektiöser Komplikationen Steuerung der antiviralen Therapie
Die T-Zell Antwort bei stabiler Erregerkontrolle
Stable T-cell immunity Viral control
T-ce
ll le
vels
/vir
al lo
ad
Primary infection Time
No replication/infection No T-cells
T-ce
ll le
vels
/vir
al lo
ad
Time
Sester et al. (2002) J Virol 76: 3748; Sester et al. (2003) Transplantation 76: 1229
13.5 14.0 14.5 15.0 15.5
0.1250.25
0.51248
163264
CM
V s
pe
cifi
c
CD
4 T
cells
(%
)
15.0 15.5 16.0 16.5
6.5 7.0 7.5 8.0 8.5
0.1250.25
0.51248
163264
<0.05
CM
V s
pe
cifi
c
CD
4 T
cells
(%
)
3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
0.125
0.25
0.5
1
2
4
8
16
32
64
seropositive<0.05
CM
V s
pec
ific
CD
4 T
cel
ls (
%)
Anwendung nach Transplantation PROPHYLAXIS
Sufficient T-cell immunity
Viral control
T-ce
ll le
vels
/vir
al lo
ad
Transplantation Time after transplantation
PROPHYLAXIS
No T-cell immunity Primary infection
T-ce
ll le
vels
/vir
al lo
ad
Transplantation Time after transplantation
D+/R- n=127
T Zellen am Ende der Prophylaxe
CMV Erkrankung
Keine Erkrankung
Manuel et al. (2013) Clin Infect Dis 56: 817
Quantiferon positiv
Quantiferon non-reaktiv
p=0.024
Anwendung zur Identifizierung von Risikopatienten und Relapse
THERAPY
Self-limited viral control Sufficient T-cell immunity
T-ce
ll le
vels
/vir
al lo
ad
Transplantation Time after transplantation
Viral reactivation Loss of T-cell immunity
T-ce
ll le
vels
/vir
al lo
ad
Transplantation Time after transplantation
THERAPY
Sustained viral control
Restoration of T-cell immunity
T-ce
ll le
vels
/vir
al lo
ad
Time after transplantation
Viral relapse
Insufficient T-cell immunity
T-ce
ll le
vels
/vir
al lo
ad
Time after transplantation
controls HD BKV neg BKV pos
0.1
1 p = 0.0002
0.01
DL
Tx patients
% B
KV
sp
eci
fic
CD
4 T
ce
lls
Anstieg BKPyV spezifischer T Zellen bei Patienten mit Virämie
Schmidt et al. (2014) Am J Transplant 14: 1334
Kontrollen Hämodialysepatienten
Tx Patienten – BKV neg Tx Patienten – BKV pos
Eingeschränkte Funktionalität BKPyV spezifischer T Zellen bei Virämie
triple positive
IFNγ and/or TNFα
IL-2 single/double
66.0% (±20.1%)
11.8% (±5.5%)
22.2% (±21.1%)
24.7% (±8.8%)
31.8% (±18.3%)
43.5% (±17.1%)
67.0% (±11.1%)
16.9% (±11.0%)
16.1% (±7.0%)
67.0% (±11.1%)
16.9% (±11.0%)
16.1% (±7.0%)
Schmidt et al. (2014) Am J Transplant 14: 1334
Mögliche Anwendungsgebiete
T-Zell Immunität als Alternative zur Serologie
Risikoabschätzung einer Virämie/Erkrankung nach Prophylaxe
Frühzeitige Identifizierung von Risikopatienten in einem präemptiven Setting
Steuerung der Therapiedauer
Zusammenfassung
Serologische Verfahren nur zur Risikoeinteilung vor Transplantation
Viruslastmessungen immer mit derselben Methode im selben Labor
Virusreplikation als Zeichen einer Überimmunsuppression
Konsequente Umsetzung der Präventionsstrategie
Erreger-spezifische T Zellimmunität als neue diagnostische Methode in Ergänzung zu Viruslastbestimmungen
Einsatz der Immundiagnostik bei klinisch relevanten Erregern
CMV Monitoring infektiöser Komplikationen Steuerung der antiviralen Therapie
M. tuberculosis Diagnose einer
latenten Infektion
Adenoviren Monitoring infektiöser Komplikationen
Influenzavirus Charakterisierung von
Impf-induzierten Immunantworten
VZV Epidemiologie
Monitoring infektiöser Komplikationen
BKV Epidemiologie
Monitoring infektiöser Komplikationen
Antigen-spezifische T Zellen
Varizella zoster virus (VZV)
• Member of the herpesvirus family
• Establishes latency after initial infection
– Primary infection – chickenpox
– Reactivation – herpes zoster (shingles)/PHN
• Zoster incidence up to 5 fold higher in transplant recipients
• Recurrence rate up to 20%
Analyse VZV spezifischer T Zellen
IFNγ IFNγ IFNγ
CD
69
CD
69
CD
69
Control-Ag VZV-Ag SEB
Co-ag VZV-ag SEB
0.1
1
10
100
p < 0.0001
******
<0.01
***
% C
D6
9+ IF
N
+ /CD
4 T-
cells
negative intermediate positive
0.1
1
<0.01
p < 0.0001
***
DL
VZV-IgG status
% V
ZV-s
pe
cifi
c C
D4
T-c
ells
Schub et al. (2015) J Infect Dis 211: 600
IFNγ+TNFα+IL-2+ ↓
IFN+ single ↑
VZV spezifische T Zellen bei akutem Herpes zoster
controls
0
20
40
60
% o
f cyto
kin
e p
osit
ive
CD
4 T
cells
zoster
0
20
40
60
% o
f cyto
kin
e p
osit
ive
CD
4 T
cells
+ + + + – – – IL-2
– + – + + – + TNFα
– – + + + + – IFNγ
+ + + + – – – IL-2
– + – + + – + TNFα
– – + + + + – IFNγ
conto
ls
zost
er
0.01
0.1
1
10
<0.001% V
ZV s
pec
ific
CD
4 T
cells
T-Zell Frequenz↑
Schub et al. (2015) J Infect Dis 211: 600
Phenotypische Veränderungen VZV spezifischer T Zellen bei akutem Zoster
CTLA-4 ↑ CD127 ↓
contro
ls
zost
er
0
20000
40000
60000
CTL
A-4
MFI
on
VZV
sp
eci
fic
CD
4 T
ce
lls
contro
ls
zost
er
0
20
40
60
80
100
% C
D1
27
+ V
ZV s
pe
cifi
c C
D4
T c
ell
s
contro
ls
zost
er
0
1000
2000
3000
PD
1 M
FI o
n V
ZV s
pe
cifi
c C
D4
T c
ell
s
PD-1 ↑
Schub et al. (2015) J Infect Dis 211: 600
Normalisation of phenotype and functionality upon resolution of symptoms
0.1
1
10
<0.01
p < 0.001
p = 0.938
zoster follow-up zoster follow-up
VZV SEB%
re
acti
ve C
D4
T-c
ells
1000
10000
<80
p = 0.938110
zoster follow-up
IgG
IgG
-le
vel (
IU/l
)
0.01 p < 0.001
0.1
0.81.1
10
100
zoster follow-up
IgA
IgA
-le
vel [
rati
o]
zoster follow-up zoster follow-up
0
20
40
60
80
p = 0.025 p = 0.492
VZV SEB
% I
FN
+IL
-2+ TN
F
+ CD
4 T-
cells
zoster follow-up zoster follow-up
0
20
40
60
80
VZV SEB
p < 0.001 p = 0.023
% I
FN
(sin
gle)
+ C
D4
T-ce
lls
102
103
104
105
p = 0.011p = 0.0001
VZV SEB
zoster follow-up zoster follow-up
CTL
A-4
MFI
102
103
104
p = 0.156p = 0.031
VZV SEB
zoster follow-up zoster follow-up
PD
-1 M
FI
0
20
40
60
80
100
p = 0.945p = 0.008
zoster follow-up zoster follow-up
VZV SEB
% C
D1
27
+
A B C
D E
F
frequency
cytokine profile
pheno- type
Schub et al. (2015) J Infect Dis 211: 600
Zoster follow-up
Eigenschaften Virus-spezifischer T Zellen bei aktiver Infektion
• Dynamik in der Frequenz
• Eingeschränkte Funktionalität
• Verstärkte Expression von PD-1, CTLA-4
• Verminderte Expression von CD127
• Verminderte Expression von CD27
CMV spezifische T Zellen zur Bestimmung der Infektionsstatus
negativ positiv
negativ
CMV negativ
positiv?
po
sitiv
Passive Immunität
CMV positiv
CMV-spezifische T Zellen zur Unterscheidung zwischen passiv positivem und tatsächlich positiven CMV Infektionsstatus
Sester et al. (2003) Transplantation 76: 1229
Plasmagabe
Schwanger-schaft
Schmidt et al. (2012) J Clin Virol 54: 272 Ritter et al. (2013) Eur J Immunol 43: 1099
Emery (2013) Eur J Immunol 43: 886
0.31%
CMV seronegative
25.51%
CD28
CD
27
CMV seropositive
0.01 0.1 1 10 1000.01
0.1
1
10
100
r=0.73p<0.0001
% CMV specific CD4 T cells after stimulation
% C
D2
8- C
D2
7- C
D4
T c
ell
s
CD28-CD27- CD4 T Zellen: Assoziation mit CMV Status
0.01% 24.24%
IFN-
CD
69
Nach spezifischer Stimulation – 500µl Vollblut, 6h
Oberflächenfärbung – 100µl Vollblut, 1h
Dirks et al. (2013) Am J Transplant 13: 3132
CD27
CD4
CD27CD27
CD
28
CD27CD27
CD4
CD27CD27
CD
28
0.31%
CMV seronegative
25.51%
CD28
CD
27
CMV seropositive
CD28-CD27- CD4 T Zellen: Assoziation mit CMV Status
0.01% 24.24%
IFN-
CD
69
Nach spezifischer Stimulation – 500µl Vollblut, 6h
Oberflächenfärbung – 100µl Vollblut, 1h
Dirks et al. (2013) Am J Transplant 13: 3132
CD27
CD4
CD27CD27
CD
28
CD27CD27
CD4
CD27CD27
CD
28
seronegative seropositive
0.01
0.1
1
10
100 ***
0.44
% C
D2
8- C
D2
7- C
D4
T-c
ell
s
AUC=0.98 sensitivity: 93% specificity: 97%