Diagnostik der Medikamentenallergie

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1 Diagnostik der Medikamentenallergie Werner J. Pichler Clinic f. Rheumatology & clinical Immunology/ Allergology Inselspital, University of Bern, CH-3010-Bern Switzerland ADR-AC GmbH Adverse Drug Reactions Analysis and Consulting Holligenstr 91, CH-3008-Bern, Switzerland

2 Diagnostik der Medikamentenallergie 1. Grundlagen (Rückblick) 2. Neues zur Diagnostik

3 Medikamentenallergie in Bern 1. Epidemiologie der Medikamentenallergien (RH) 2. Penicillin Hypersensitivität (AdW/CS): - Biochemie der Penicillinallergie (Bindungen) 3. Diagnostik (AdW/HS): - Penicillin-Hautteste (PenG-PLL) - Lymphozytenproliferationstest (LTT): in vitro Proliferation von mononuklären Blutzellen auf Medikamente

4 L T T Ablauf Spätreaktion Tage Asymptomatisch S Y M P T O M E % Symptome Tage Wenige Prekursor Zellen vermehren sich Ab bestimmter Menge Symptome (je nach Art der Immunreaktion)

5 Lymphozyten- Transformationstest (LTT) etabliert/standardisiert/evaluiert in Bern durch Frau Dr. Heidi Spengler & Jana Tilch um ca ? Wie soll denn ein Medikament T-Zellen in vitro stimulieren: T-Zellen werden durch Peptide stimuliert (? Ein unspezifisches Phänomen!? )

6 Positiver LTT gegen Amoxicllin dosisabhängig, eindeutig, spezifisch, 148 SI Amoxicillin RS Cefuroxim RS Cefadroxil RS Autologes Plasma AB-Serum 21.4 Tet. Tox. μg

7 Medikamentenallergie: interessant aber unklar LTT: Start um zwei Fragen zu klären: 1. Was bedeutet diese T-Zell Stimulation für das klinische Bild? 2. Wie erkennen diese T-Zellen das Medikament?

8 Simone Ingrid Jan Oliver Christel Markus Petra Benno Tages Arbeit, abends Gäste, saure Wochen, frohe Feste, sei Dein künftig Zauberwort (J.W. von Goethe, der Schatzgräber )

9 Drug specific T-cell clones (TCC) from blood and tissue cell culture with drug Expansion of a single cell Immunohistochemistry T-cells T-cells proliferation TCC phenotype function: cytokines, cytotoxicity interaction with APCs, tissue cells drug recognition cross-reactivity Perforin CD4 red brown

10 Medikamentenallergie: Ein Schlüssel um die vielfältigen Formen von T-Zell Reaktionen zu verstehen? bullous exanthem maculopapular exanthem (MPE) (bullous E.) acute generalized exanthematous pustulosis (AGEP)

11 Gell & Coombs Classification (1967!) Hypersensitivity reactions type I III & type IV Type I Type II Type III Type IV Immune reactant IgE IgG IgG T cell Antigen Soluble antigen Cell- or matrixassociated antigen Soluble antigen MHC-presented antigen Effector Mast-cell activation FcR + cells (phagocytes, NK cells) FcR + cells Complement T-cells, via cytokines recruitment of monocytes, eosinophils, neutrophils platelet s blood vesse l A g Ab - platelet immune complex Cytokines cytotoxicity Example of hypersensitivity reaction Allergic Rhinitis, asthma, systemic anaphylaxis Some drug allergies (e.g., penicillin) Serum sickness, Arthus reaction Many different diseases: tuberculin skin test different forms of exanthema?, eczema?, contact dermatitis?..

12 Medikamentenallergie: Ein Schlüssel um die vielfältigen Formen von T-Zell Reaktionen zu verstehen? TYPE IV a TYPE IV b TYPE IV c TYPE IV d Th1 Th2 Cytotoxic T cells T cells IFN-γ, TNF-α IL-5, IL-4, IL-13, eotaxin Perforin, granzyme B, FasL CXCL-8, GM-CFS IL-17? Monocyte, Macrophage Eosinophilic inflammation Cytotoxic T cells Neutrophils Tuberkulin skin test, Contact dermatitis Maculopapular exanthem with eosinophilia Contact dermatitis bullous & maculopapular exanthema Pustular exanthema

13 Antibody mediated hypersensitivity reactions (I-III) and delayed type hypersensitivity reactions (IV a-d) Type I Type II Type III Type IV a Type IV b Type IV c Type IV d Immune reactant IgE IgG IgG IFNγ, TNFα (T H 1 cells) IL-5, IL-4/IL- 13 (T H 2 cells) Perforin/ GranzymeB (CTL) CXCL-8. GM-CSF, IL17 (T-cells) Antigen Soluble antigen Cell- or matrixassociated antigen Soluble antigen Antigen presented by cells or direct T cell stimulation Antigen presented by cells or direct T cell stimulation Cellassociated antigen or direct T cell stimulation Soluble antigen presented by cells or direct T cell stimulation Effector Mast-cell activation FcR + cells (phagocytes, NK cells) immune complex blood FcR + cells vessel Complement Macrophage activation Eosinophils T cells Neutrophils platelets Ag IFN-γ T H 1 IL-4 IL-5 T H 2 eotaxin CTL CXCL8 GM-CSF PMN chemokines, cytokines, cytotoxins cytokines, inflammatory mediators cytokines, inflammatory mediators Example of hypersen -sitivity reaction Allergic rhinitis, asthma, systemic anaphylaxis Some drug allergies (e.g., penicillin) Serum sickness, Arthus reaction Tuberculin reaction, contact dermatitis (with IVc) Chronic asthma, chronic allergic rhinitis Maculopapula r exanthema with eosinophilia Contact dermatitis Maculopapula r and bullous exanthema hepatitis AGEP Behçet disease

14 A. de Weck: Werner, Sie sollten Ihre Karriere nicht auf Medikamentenallergie alleine bauen, da werden Sie auch Schwierigkeiten haben genügend Funding aufzutreiben S 57: W. Hadorn nach einem Seminar über Penicillin Allergie zu A. de Weck: Young man, this is very nice work! But you know you should soon do something else. Aber A. de Weck hielt sich (zum Glück) nicht daran S 58: Which shows that one should never believe blindly in the prediction of so-called wise men but one`s own feelings

15 Wichtige Schritte. es sind T-Zellen, die im LTT proliferieren Marianne Koponen (1987) die ersten Penicillin-spezifischen T-Zell Klone: Christian Brander ( ) T-Zell Klone gegen Sulfamethoxazol: Daniela Mauri-Hellweg & Patient UNO, Blutspender für 4 Generationen von PhD-Doktoranden ( ) zytotoxische Mechanismen: Benno Schnyder, Karin Schnyder, Simone Schmid, Petra Kuechler, Anna Zawaodniak ( ) Immunhistologie von MPE, AGEP, bullösen Reaktionen: Nikhil Yawalkar, Simone Schmid ( ) AGEP (acute generalized exanthematous pustulosis): Markus Britschgi/Urs Steiner/Simone Schmid/Monika Keller ( ) interstitielle Nephritis: Monika Keller/Zoi Spanou ( ) RCM-Ueberempfindlichkeit: Monika Keller/Marianne Lerch (2007/2008) p-i Konzept: Benno Schnyder, Daniela Mauri-Hellweg, Martin Zanni, Salomé von Greyerz, Christoph Burkhart, Jan Depta ( ) TCR-Transfektanten: Jan Depta/Daphné Schmid/Michael Lüthi (2005/2008): In vitro Diagnostik (CD69, Zytokine, Zytotoxizität): Andreas Beeler, Priska Lochmatter, Anna Zawodniak ( )

16 Wie können T-Zellen mit Medikamenten reagieren?

17 DOGMA: a small compound (<1000D) is not a complete antigen Ein Medikament ist in der Regel zu klein, um per se eine eigenständige Immunantwort auszulösen. Es muss als Hapten (= chemisch reaktiv) kovalent an ein Protein binden, welches dadurch verändert wird. Gegen dieses Haptenmodifizierte Protein kann eine Antikörper-, bzw. T-Zell Immunantwort entwickelt werden.

18 Hapten/prohapten specific immunity Penicillin G C H 2 O H N O H N S CH 3 CH 3 ONa O SMX-NO R NH SO NO Haptens are chemically reactive compounds able to bind covalently to proteins. Prohaptens acquire this ability after metabolism (SMX SMX-NO). Haptens bind to soluble or cell bound proteins, which are processed and presented. processing A B- and T-cell mediated, hapten-specific immunity can arise.

19 SUMMARY: T-cell recognition of drugs: Covalent drug binding to MHC-peptide NO Covalent binding (SMX-NO) N O O S NH O T-cell TCR H 3 C APC (e.g. activated keratinocyte, DC,...) MHC+ peptide Classical immune response to hapten carrier compound

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21 pi-konzept Pharmakologische Interaktion mit Immunrezeptoren Ein chemisch inertes Medikament, welches unfähig ist, an Proteine zu binden, kann an einige der vielen Immunrezeptoren binden, in ähnlicher Art und Weise, wie es an andere Rezeptoren bindet (pharmakologische Interaktion mit Immun-Rezeptoren, pi-konzept). Diese Medikamenten-Rezeptor-Interaktion kann - unter besonderen Umständen - Immunzellen aktivieren und sie zur Proliferation bringen. Die entsprechende Reaktion in vivo ähnelt sehr einer spezifischen Immunreaktion auf das Medikament, hat aber auch oft bizarre klinische und immunologische Eigenschaften. Das pi-konzept folgt nicht den Regeln für die Entwicklung einer Immunantwort. p-i Konzept: Benno Schnyder, Daniela Mauri-Hellweg, Martin Zanni, Salomé von Greyerz, Christoph Burkhart, Jan Depta ( )

22 Fluorescence intensity SMX-specific T cell clone: immediate Ca++ influx to the specific (stimulatory) compound only (SMX but not SDM) TCC H13 stimulated by SMX and SDM - dose response Ionomycin SMX100 SMX20 SMX4 SDM100 SDM20 SDM4 CM seconds Ca++ influx: SMX (sulfamethoxazole) specific T-cell clone H13 reacts immediately (60sec) SDM and is not in a stimulatory dose dependent for the way TCC to the drug, but not a structurally related compound (SDM), which does not induce IL-2 P R I S K A L O C H M A T T E R

23 Das p-i Konzept: pharmakologische (direkte) Interaktion des Medikamentes mit Rezeptoren des Immunsystems NH 2 T-cell TCR Sofortiger Ca++ Influx 1 H 3 C N O 2 O S NH O APC (e.g. activated keratinocyte) MHC+ peptide labile, nicht kovalente Bindung von SMX an den TCR, ausreichend zur Stimulation der T-Zelle

24 Antigenicity of drugs HAPTEN (NO) NH 2 P-I CONCEPT O N O O S O NH Chemical (hapten) Stable protein/peptide IMMUNOLOGY modification (covalent) MHC-APC directed (processing and metabolism) Very heterogeneous and often combined immune responses (Ig, T-cells...) H 3 C C H 3 Structural (fitting into TCR) No covalent binding PHARMACOLOGY TCR T-cell directed No processing/no metabolism T-cell reactions of different types (exanthema, DRESS, AGEP, TEN...)

25 Klinische Konsequenzen des pi- Konzepts 1. Reaktivität ohne stattgehabte Sensibilisierung (falls genügend Rezeptoren/Zellen durch das Medikament stimuliert werden) 2. Das pi-concept erklärt eine relativ rasche Reaktivität in der Haut, auch gegenüber Medikamente, die in der Haut nicht metabolisiert und prozessiert werden (Hautteste) 3. Wichtigkeit der Vorstimulation bzw. der Cofaktoren. 4. Die durch das Medikament stimulierten Zellen haben eine zusätzliche (Peptid-) Spezifität. 5. Medikamente, die Medikamentenallergien entsprechend dem pi- Konzept auslösen, werden präklinisch nicht erfasst, da entsprechende Untersuchungen lediglich auf der Hapten- Hypothese beruhen. 6. Das pi-concept erklärt, weshalb einige Medikamente lediglich T- Zell-Reaktionen auslösen

26 Drug allergy group Inselspital, greetings from Switzerland Daniel Olli Werner Jan Andreas The early bird catches the worm

27 Falls ich überziehe Das Alter spricht ohnehin gern von sich.. Jean Paul

28 Diagnostik der Medikamentenallergie Schwierigkeiten es ist nicht nur Immunologie es ist auch Pharmakologie Kofaktoren sind wichtig Genetik ist wichtig Unübliche (überraschende) Klinik Vieles ist noch unklar

29 9d

30 Exanthem? 50j Patientin WK; Behandlung mit Amoxicillin & Clavulansäure seit 9 d wegen Bronchitis; was tun? Stop des Amoxicillin; topische Steroide; Antihistaminika

31 Häufigste Frage: was kann ich der Patientin in Zukunft geben? Kann man Cephalosporine, Carbapeneme, Monobactame... einsetzen?

32 Neues in der Medikamentenallergie- Diagnostik Was brauchen wir? Möglichst sensitive Teste (i.d. > epicutan), Kreuzreaktionen miterfassen spezifische IgE schneller Testresultate spezielle Teste für besondere Fragestellungen

33 Team allerglogische-immunologische Poliklinik 2009

34 Hautteste: selektiv positiv gegen Penicilline (Amoxicillin, Ampicillin, Penicillin G, nicht gegen Cepalsosporine)

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36 Neue Hauttest-Serien Perioperative Anaphylaxie Penicilline Cephalosporine & Carbapeneme Sulfonamide Lokalanaesthetika Pyrazolone Antikoagulantien... Sensitiver i.d. Test Komplette Abklärung mit Identifikation des auslösenden und potentiell tolerierbaren Medikamentes Vorgegebene Termine: 1x/Monat Muskelrelaxantien, 1x/Röntgenkontrastmittel, Penicilline wöchentlich Bernese drug allergy network,

37 IgE vermittelte Allergien: wenig Testreagentien verfügbar Basophilenaktivierungstest CD63 expression or CD203c upregulation on basophils stimulated by anti-ige, anti-ige-fcr I or by allergen (drug)

38 n = 3 Basophilentest mit passiver Sensibilisierung T H O M A S G E N T I N E T T A

39 Basophilentest mit passiver Sensibilisierung + Serum statt Zellen; - aufwendig, teuer, funktioniert bisher nur mit bestimmten Medikamenten (Muskelrelaxantien, Carboxymethylcellulose Experimentell, auf Anfrage Cephalosporine)

40 Verfeinerter LTT: CD69-Aufregulation, Zytokine, Zytotoxizität Cytokines (IFNg, IL-5, IL-13.. Time course of T-cell activation

41 Daniel Daniel Valerie Monika Anna Michael Ist man nicht fleissig in der Jugend, wird man im Alter traurig sein Konfuzius

42 CD69 upregulation after 48hrs CD69 culture medium sulfapyridine tetanus toxoid 0.1% 1.9% 1.1% CD4-FITC CD69-PE

43 Verfeinerter LTT: CD69-Aufregulation, Zytokine, Zytotoxizität Statt Proliferation wird Aktivierung (CD69) gemessen (schneller, nach 3d) Passend zum Pathomechanismus (z.b. IL-5 bei eosinophiler Reaktion) Ergänzend z.b. zytotoxische Mechanismen bei toxischer epidermaler Necrolyse (TEN, SJS) experimentell, auf Anfrage A N N A Z A W O D N I A K P R I S K A L O C H M A T T E R

44 Teste kombiniert evaluieren Medikamentenallergie-Teste haben meist eine geringe Sensitivität, aber sehr gute Spezifität positive Teste sind aussagekräftig - negative Teste sind mit Vorsicht zu interpretieren! - kombiniert eingesetzt gelingt es in einem Grossteil der Patienten (ca 70%) das relevante Medikament zu Anamnese! Anamnese! Anamnese! identifizieren Prick i.d. Patch LTT Identifikation des Auslösers Provokation? - mit alternativem Medikament - mit Test-negativem Medikament

45 Positiver LTT und Hauttest gegen Amoxicillin KEINE Reaktionen auf Cephalosporine 148 SI Amoxicillin RS Cefuroxim RS Cefadroxil RS Autologes Plasma AB-Serum 21.4 Tet. Tox. μg

46 Betalactam-Antibiotika Pat WK: sie ist allergisch auf (alle) Penicilline, kann aber Cephalosporine (und Monobactame, Carbapenem) erhalten. Bei den verzögerten, T-Zell vermittelten Reaktionen (wie makulopapulärem Exanthem, Serumkrankheit mit Exanthem, bullösem Exanthem) besteht meist KEINE Kreuzreaktion mit Cephalosporinen, Monobactamen und Carbapenemen

47 Trotz häufig etwas unklarer Situation klare Antwort geben an Hausarzt sowie Patient: Notfallausweis

48 Allergologie 2009 Herzlichen Dank meinen früheren und jetzigen Mitarbeitern Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

49 Herzlichen Dank unseren Sponsoren: Fortbildungspool

50 Alte Leute sind gefährlich, sie haben keine Angst vor der Zukunft George Bernhard Shaw