A novel treatment regimen for inflammatory diseases: Targeting the interaction between the complement system and CD14.

Komplementsystemet og de såkalte Toll-like reseptorene (TLR) er sentrale deler av vår immunforsvar. De tilhører «førstelinjeforsvaret» og gjenkjenner raskt farer som truer oss. Slike farer kan være inntrengedene bakterier eller eget skadet vev. Når disse systemene gjenkjenner farer, setter de i gang en rekke ulike prosesser som fører til en betennelsesreaksjon. En slik reaksjon vil drepe inntrengende bakterier, men er et tveegget sverd siden den også kan føre til vevsskade. Dette skjer ved en rekke ulike tilstander som sepsis (blodforgiftning) og hjerteinfarkt. Vi har i eksperimentelle modeller vist at ved å hemme komplement (C3 eller C5) og TLRs (CD14), reduseres betennelsesreaksjonen betydelig. Målet med denne studien er å utvikle et behandlingsregime som basert på vår funn kan benyttes til behandling av human sykdom i framtiden, inkludert sepsis og hjerteinfarkt. Data fra sepsis delen av studien er nå publisert. Dødeligheten ved gris sepsis var signifikant redusert med kombinert komplement og C5 hemming (Skjeflo et al. Crit Care 2015). Rickettsia Conorii infeksjon, som fører til middelhavsfeber, var in vivo relatert til komplementaktivering og kombinert hemming slo ut tilnærmet all cytokinefrigjøring i humant fullblod (Otterdal et al, 2016). Aktivering av humane endotelceller med både Gram-negative (E. coli) og Gram positiv S. aureus) bakterier ble indusert av IL-1beta og TNF som resultat av komplement og CD14 (Nymo et al, J Immunol 2016). Til slutt, hemming av denne endotel celleaktivering ble funnet å være mer effektiv ved kombinert komplement og CD14 hemming, enn ved å blokkere TR4 alene ved hjelp av eritoran (Gustavsen et al, J Infisere dis, 2016). Eritoran mislyktes nylig i en klinisk studie av sepsis og våre data tyder på at den kombinerte komplement og CD14 hemmingen er mer potent. Våre siste data publisert i 2017 inkluderer viktige funn hvor komplement hemming reduserte hjerteinfarkt hos gris betydelig (Pieschke et al, Basic Res Cardiol, 2017), funksjonen av det viktige reguleringsproteinet properdin ble nylig klarlagt (Harboe et a, PNAS, 2017) og betydningen av komplement i den nye nanoteknologien and var vi nylig ,ed på å kartlegge (Wibroe et al, Nat Nanotecnol, 2017).Vi viste også at cyclodextrin hemmet kolesterol krystall dannelse i en komplement avhengig mekanisme (Aune et al. J. Immunol, 2017), som kan få betydning for behandling av hjerte-kar sykdommer. Sammen utgjør disse studiene en betydelig ny kunnskap til feltet om komplement som årsak til human sykdom, og betydningen av å hemme dette systemet I klinisk medisin. Dette resulterte i at prosjektleder, professor Mollnes, i 2017 ble tildelt den prestisjetunge KFJ- prisen, som er Rigshopsitalet i København sin høyeste pris til en utenlandsk forsker som bidrar med forskning i samarbeidet med København. Siden siste rapport (mai 2017) har vi publisert flere arbeider som har bidratt til økt forståelse av komplementsystemet og cytokinnettverket ved human sykdom. Pasienter med alvorlig hjerteinfarkt komplisert med akutt hjertesvikt hadde betydelig kraftigere systemisk komplementaktivering enn de uten hjertesvikt (Orrem et al, ESC Heart failure, 2018). Videre viste vi at pasienter med hjerteklaff-operasjon gjort gjennom katetre ført gjennom blodårene hadde betydelig mindre komplementaktivering og cytokinfrigjøring enn de som ble operert med åpen kirurgi, noe som betyr betydelig mindre belastning på betennelsesreaksjonen (Fiane et al, Scand Cardiovasc Surg, 2018). Endelig viste vi en meget viktig sammenheng mellom komplement og koagulasjon med stor betydning for sepsis. Det viste seg at bakterien S. aureus aktiverte complement som dernest førte til oppregulering av tissue factor og dermed økt koagulasjon (Skjeflo et al, J Thromb Haemost 2018). Den siste rapport fra prosjektet inkluderer to artikler som handler om komplement sin rolle i iskemi-reperfusjon and og samspill med blødningssystemet (Orrem et al. Front Immunol 2018; Landsem et al. Clin Exp Immunol 2018). Det viktigste arbeidet som omhandler behandling av bavianer med sepsis, viste betydelig bedre overlevelse hos de som fikk en komplementhemmer mot C5 (Ra 101295). Dette arbeidet ledet til et vitenskapelig samarbeid med det Ra Pharmaceuticals, som er et av de ledende firmaene i verden med tanke komplementhemmere i klinikken (arbeidet ble publisert i det prestisjetunge tidsskiftet PNAS; Keshari et al, 2017). Lignende, men litt svakere effekter ble funnet ved å bruke anti-CD14 i den samme modellen (Lupu og Mollnes, manuskript under utarbeidelse). Konklusjon: samlet støtter resultatene hovedhypotesen bak prosjektet og har styrket grunnlaget for å teste ut komplement og CD14 hemming i klinikken.

-

We aim to develop a treatment option for sepsis and myocardial reperfusion injury by combined inhibition of CD14 and complement C5 Humans are protected against danger by the so-called pattern recognition receptors (PRRs) of innate immunity. Danger from outside includes microbes (leading to infections and in worst case sepsis and death) and danger from inside includes damaged tissues (like a myocardial infarction). The PRRs are molecules specialized to recognize structures on microbes and damaged cells. By such recognition, the PRRs induce a series of signals leading to release of small molecules (including cytokines) that induce an inflammatory reaction leading to killing of microbes, but also induce tissue damage and disease. A number of diseases, including sepsis and infarction, are caused by an inappropriate activation of the innate immune system, starting with activation of a few PRRs (upstream) and ending with a cytokine storm with hundreds of mediators involved (downstream). We have put forward a hypothesis stating that an over-active innate immune-response needs to be blocked already at the level of PRR activation and we have shown that combined inhibition of CD14 and C5 is a highly promising way of achieving this in a porcine sepsis model. In this project we aim to further verify the benefit of the concept in a baboon sepsis model. Moreover, we aim to demonstrate the beneficial effect of the treatment concept on myocardial reperfusion injury in an in vivo pig model. We have previously generated a humanized anti-CD14 antibody for use in human studies in combination with a C5 inhibitor. In this study we will further characterize this antibody and perform initial safety studies with the aim of human use in the near future. If successful, this project will have generated data that will demonstrate the clinical utility and we aim to partner with an existing C5 manufacturer in order to move the treatment concept towards clinical use.