„Contact Allergen Activated T-Cell (CAATC)-Assay“ mit dendritischen Zellen der Haut: Sensibilisierungsnachweis über den Endpunkt LC-induzierte Expression von linienspezifischen T-Zell-Transkriptionsfaktoren (Contact Allergen)

07/2010-06/2013

Das Drittmittelprojekt wurde im Rahmen der BfR-Forschung zur wirkungsbezogenen Analytik und Risikofrüherkennung durchgeführt.

Förderkennzeichen des BMBF: FKZ 0315724

Chemikalien in verbrauchernahen Produkten (z.B. Konservierungs- und Duftstoffe in Kosmetika) können bei wiederholtem Hautkontakt Allergien, genannt Kontaktallergien, allergische Kontaktekzeme oder allergische Kontaktdermatiden, auslösen. Mittlerweile sind ungefähr 20% der Menschen in westlichen Ländern gegen mindestens eine Chemikalie allergisch, die Prävalenz für die Erkrankung ist steigend. Um das allergene Potential von Substanzen einzuschätzen, werden meist Tierversuche angewandt. Diese sind jedoch für Kosmetika zum März 2013 EU-weit verboten (7. Änderung der Kosmetikrichtlinie) und sollen künftig auch für andere Chemikalien möglichst durch alternative in vitro Tests ersetzt und verbessert werden (1-3).

Bei einer Kontaktallergie durchdringt das Allergen die Hautbarriere, modifiziert körpereigene Proteine und führt zur Aktivierung dendritischer Zellen. Die dendritischen Zellen wandern dann in lokale Lymphknoten, wo sie allergeninduziert körperfremde Zielstrukturen T-Zellen präsentieren (Sensibiliserungsphase). Einzelne T-Zellen erkennen diese Strukturen, wodurch sie zu Effektor- und Gedächtniszellen reifen und bei erneutem Allergenkontakt durch ihre schnelle und starke Aktivierung im Zusammenspiel mit anderen Faktoren des Immunsystems die eigentlichen Symptome wie Ekzeme und Pusteln auslösen (Auslösephase)(4). Ziel dieses Projekts war es, diesen Krankheitsverlauf in vitro zu simulieren, um sowohl allergeninduzierte Reaktionen von dendritischen Zellen und T-Zellen zu identifizieren und zu quantifizieren.

Im tierversuchsfreien T-Zell-Aktivierungsassay („contact allergen activated T cell assay“  - CAATC) wurden dazu Modellzellen für epidermale dendritische Zellen („monocyte-derived langerhans cells“ - MoLCs, „monocyte-derived dendritic cells“ - MoDC, u.a.) mit Kontaktallergenen und anderen, nicht allergieauslösenden Chemikalien, z.B. dem Irritanzium Natriumlaurylsulfat, stimuliert. Nach einem Reifungsprozess ähnlich dem in vivo erfolgte eine Ko-Kultur mit naiven T-Zellen. Bei diesen Einzel- und Ko-Kulturen primärer Zellen und etablierter Zelllinien wurde die Expression von Aktivierungsmarkern mittels Durchflusszytometrie, „enzyme-linked immunosorbent assay“ - ELISA, Western Blot, Immunfluoreszenz und „real-time“ PCR untersucht, um spezifischer Eigenschaften von Allergenen zu identifizieren (5).

Für mehrere Moleküle wurde eine solche allergenspezifische Expression gefunden, darunter „programmed-death ligand-1“ (PD-L1) auf dendritischen Zellen. Dieses Molekül war auch in akuten Hautläsionen von Nickelallergikern verstärkt exprimiert und hemmte in vitro die Sekretion inflammatorischer CD4-T-Zell-Zytokine in allogenen Kokulturen (5). Weiterhin wurde die Entstehung von Effektor-T Zellen gegen das Modelallergen 2,4,6-Trinitrobenzen-1-sulfonsäure aus autologen naiven T Zellen nachgewiesen (6, 7).

Dass in diesem Projekt die T-Zellantwort der Kontaktallergie mit einbezogen wurde, ist ein Alleinstellungsmerkmal im Vergleich zu anderen momentan in der Literatur beschriebenen und bei der ECVAM und OECD diskutierten in vitro Ansätzen. Es dient damit dem langfristigen Ziel, möglichst aussagekräftige, spezifische und universell anwendbare in vitro Tests für den Endpunkt „Sensibilisierung“ zu entwickeln.

Aus dem Projekt hervorgegangene Publikationen

• Hitzler, M., Majdic, O., Heine, G., Worm, M., Ebert, G., Luch, A., and Peiser, M. (2012). Hu-man Langerhans Cells Control Th Cells via Programmed Death-Ligand 1 in Response to Bacterial Stimuli and Nickel-Induced Contact Allergy. PLoS One 7, 1-9.
• Hitzler, M., Bergert, A., Luch, A., and Peiser, M. (2013). Evaluation of selected bio-markers for the detection of chemical sensitization in human skin: A comparative study applying THP-1, MUTZ-3 and primary dendritic cells in culture. Toxicol. In Vitro 27, 1659-1669.
• Matthias Peiser, Manuel Hitzler, and Andreas Luch “On the Role of Co-inhibitory Molecules in Dendritic Cell:T Helper Cell coculture Assays Aimed to Detect Chemi-cal-Induced Contact Allergy” in T-Lymphocytes as Tools in Diagnostics and Immunotoxicology, Springer Verlag 2014, DOI: 10-1007/978-3-0348-0726-5

Referenzen

1. Thyssen, J. P., Gimenez-Arnau, E., Lepoittevin, J. P., Menne, T., Boman, A., & Schnuch, A. (2012) Contact Dermatitis 66 Suppl 1, 53-70.
2. Thyssen, J. P., Gimenez-Arnau, E., Lepoittevin, J. P., Menne, T., Boman, A., & Schnuch, A. (2012) Contact Dermatitis 66 Suppl 1, 25-52.
3. Thyssen, J. P., Gimenez-Arnau, E., Lepoittevin, J. P., Menne, T., Boman, A., & Schnuch, A. (2012) Contact Dermatitis 66 Suppl 1, 11-24.
4. Karlberg, A. T., Bergstrom, M. A., Borje, A., Luthman, K., & Nilsson, J. L. (2008) Chem Res Toxicol 21, 53-69.
5. Hitzler, M., Majdic, O., Heine, G., Worm, M., Ebert, G., Luch, A., & Peiser, M. (2012) PLoS. One 7, e46776.
6. Dietz, L., Kinzebach, S., Ohnesorge, S., Franke, B., Goette, I., Koenig-Gressel, D., & Thierse, H. J. (2013) Toxicol In Vitro 27, 1157-1162.
7. Dietz, L., Esser, P. R., Schmucker, S. S., Goette, I., Richter, A., Schnolzer, M., Martin, S. F., & Thierse, H. J. (2010) Toxicol Sci 117, 336-347.