Effectiveness of Topical Immunosuppressants in Prevention and Treatment of Rejection in Face Allotransplantation

Background- The use of topical immunosuppressants has been anecdotally reported for the treatment of rejection in Vascularized Composite Allotransplantation (VCA). The aim of the present study was to evaluate the effectiveness of topical Tacrolimus and Clobetasol in the prevention and treatment of rejection. Methods- Seventy-six hemiface allotransplants were performed, between ACI (RT1a) donors and LEW (RT1l) recipients. The animals were divided in 11 groups. With the exception of isografts (group 1) and allografts (group 2), the animals received systemic induction with Cyclosporine A and anti-αβ-TCR antibody for one week and were subsequently treated with topical tacrolimus or clobetasol, at the end of the induction therapy or at the first sign of rejection. Skin biopsies and samples of peripheral blood were performed at regular intervals. The lymphoid organs were harvested at the time of euthanasia. Flow Cytometry analysis was performed to monitor for rejection and to detect the presence of chimerism in the peripheral blood with the following markers: CD3, CD4, CD8, CD45, CD11, CD25, αβ-TCR, γδ-TCR, ACI. The inflammatory infiltrate was characterized by immunostaining for presence of CD4+, CD8+, CD45+, CD11b/c+ and CD86+ cells. The expression of the following genes, Interleukine-2, Interleukine-13, Interleukine-15, Interferone-γ, Tumor 4 Necrosis-α and Transforming Growth Factor-β, was evaluated with TaqMan PCR. Results- Topical treatment increased the survival of the allograft in all groups. Best outcomes were obtained in the groups treated with systemic therapy and topical tacrolimus. Expression of proinflammatory cytokines (Interleukine-2, Interferon- γ, Tumor Necrosis Factor-α, and Transforming Growth Factor-β) correlated with clinical signs of rejection and the final outcomes. Clobetasol application was associated with a marked depletion of lymphocytic populations, as well as dermal and epidermal atrophy. Conclusions- Both topical tacrolimus and clobetasol were effective in treating episodes of acute rejection, and the bestoutcomes were achieved when their application was initiated following systemic immunosuppression. Topical tacrolimus proved to be a preferable adjunct agent to the systemic therapy by preventing both the local and systemic complications.

Introduzione- L'impiego di immunosoppressione topica è stato episodicamente citato per il trattamento del rigetto negli Allotrapianti Compositi Vascolarizzati. Lo scopo di questa ricerca era quello di valutare l'efficacia di Tacrolimo e Clobetasolo topici nella prevenzione e nel trattamento del rigetto in un modello di trapianto di emifaccia nel ratto. Material e Metodi- Settanta-sei trapianti emifacciali sono stati eseguiti da ratti donatori ACI (RT1a) a ratti riceventi LEW (RT1l). Gli animali riceventi sono stati suddivisi in 11 gruppi. Ad eccezione dei gruppi degli isograft (gruppo 1), e degli allograft (gruppo 2) che non hanno ricevuto nessun trattamento immunosoppressivo, i restanti gruppi sono stati trattati con la terapia d’induzione con l’anticorpo monoclonale anti-αβ-TCR e Ciclosporina A per una settimana, seguita dal trattamento topico con Clobetasolo o Tacrolimo iniziato a 7 giorni o al primo segno di rigetto. Le biopsie della cute ed i prelievi ematici sono stati eseguiti ad intervalli regolari. Gli organi linfatici sono stati prelevati al momento dell’eutanasia degli animali. L’analisi citofluorimetrica e’ stata effettuata per monitorare il rigetto e la presenza del chimerismo nel sangue periferico con i seguenti marcatori: CD3, CD4, CD8, CD45, CD11b/c, CD25, αβ-TCR, γδ-TCR, ACI. Gli infiltrati infiammatori sono stati caratterizzati con metodiche immunoistochimiche per la presenza di cellule CD4+, CD8a+, CD 45RA+, CD11b/c+ and CD86+. L’espressione 2 dei seguenti geni e’ stata valutata con Taq-Man PCR: Interleuchina-2, Interferone-γ, Tumor Necrosis Factor-α, Transforming Growth Factor-β, Interleuchina-13 ed Interleuchina-15. Risultati- Il trattamento immunosoppressivo topico ha prolungato la sopravvivenza degli allotrapianti in tutti i gruppi. Le sopravvivenze migliori sono state riscontrate nei gruppi trattati con Tacrolimo. L’espressione delle citochine proinfiammatorie (Interleuchina-2, Interferone-γ, Tumor Necrosis Factor-α, Transforming Growth Factor-β) ha correlato con i segni clinici del rigetto e con la sopravvivenza del trapianto. L’applicazione del Clobetasolo e’ stato associata con una marcata deplezione linfociatria ed atrofia dell’epidermide e del derma. Conclusioni- Entrambi i trattamenti topici si sono dimostrati efficaci nel trattamento degli episodi di rigetto acuto. I risultati migliori sono stati ottenuti quando l’applicazione della terapia topica ha seguito la terpia di induzione sistemica. Tacrolimo ha dimostrato di essere un migliore agente, come adiuvante alla terapia sistemica, in quanto il suo utilizzo non era associato a complicanze locali e sistemiche che si erano verificate con l’impiego di Clobetasolo.