Comparison of efficacy and safety of anti-CD40 antibody-mediated co-stimulation blockade and anti-CD20 antibody and tacrolimus based combination regimen in long-term survival of full-thickness porcine corneal grafts in nonhuman primates

Abstract

Purpose: Many countries are suffering from shortage of donor corneas, and eligible donor pool will decrease. Porcine corneas will be good substitutes for human corneas, however antigenic difference is one of the most serious challenges. We aimed to compare the efficacy and safety of anti-CD40 antibody with those of rituximab-based regimen on the survival of full-thickness corneal grafts in pig-to-rhesus xenotransplantation. In addition, our ultimate goal was to choose a more effective and safer immunosuppressant protocol for clinical trials.

Methods: Thirteen Chinese rhesus macaques consecutively underwent full-thickness corneal transplantation using porcine corneas. Six primates were administered anti-CD40 antibody (2C10R4), and others were administered rituximab, basiliximab, and tacrolimus. Graft survival, changes in effector and memory T and B cell subsets, donor-specific and anti-αGal antibodies, and aqueous complement were evaluated. Systemic adverse reactions were monitored.

Results: Both anti-CD40 antibody (>511, >422, >273, >203, >196, 41 days) and anti-CD20 antibody (>470, 297, >260, >210, >158, 134, >97days) achieved long-term survival. In the anti-CD20 group, the number of activated B cells was significantly lower than that in the anti-CD 40 group (p=0.0216, Mann-Whitney test), and the level of aqueous complements at 6 month was significantly higher than preoperative level (p=0.0085, Friedman test). There was no difference in the levels of T cells, donor-specific and anti-αGal antibodies between two groups. In the anti-CD20 group, although three primates suffered from adverse reactions, all of them were manageable.

Conclusion: Both anti-CD40 antibody and anti-CD20 antibody protocol are effective on the long-term survival of full-thickness corneal xenotransplantation with less adverse reactions in anti-CD40 treatment. Therefore, it is necessary to adjust the dose of anti-CD20 antibody protocol to reduce side effects in order to use this clinically available regimen immediately in further studies.

목적: 인구의 노령화와 백내장 수술, 굴절교정 수술 등의 보편화로 인해 각막을 기증할 수 있는 기증자의 수가 점차 줄어들고 있다. 돼지의 각막은 인간의 각막을 대체할 수 있는 적절한 후보 물질이며, 이를 이용한 이종각막이식이 인간 공여각막의 부족 문제를 해결할 수 있는 효과적인 대안으로 활발히 연구되고 있다. 이러한 이종각막이식을 성공적으로 시행하기 위해서는 이종간의 항원 차이를 극복하기 위한 면역억제제의 사용이 필수적이다. 본 연구에서는 돼지-영장류 간 이종 전층각막이식에서 항 CD40 항체를 이용한 공자극 차단 면역억제요법과 현재 임상에서 사용 가능한 항 CD20 항체를 비롯한 바실리시맙, 타크로리무스의 복합면역억제요법의 장기적인 효과 및 안전성을 비교하여, 향후 임상시험에서 사용 가능한 면역억제요법을 선정하고자 한다.

방법: 열 세 마리의 영장류 (Chinese rhesus macaques) 에서 7.5mm 직경의 돼지 각막을 이용하여 전층각막이식을 시행하였다. 이 중 여섯 마리는 항 CD40 항체(2C10R4)를 계획된 일정대로 정맥 투여 하였고, 나머지 영장류에는 항 CD20 항체, 바실리시맙 및 타크로리무스를 정맥 혹은 근육 주사로 투여하였다. 이식 각막편의 생존여부를 관찰하기 위해, 정기적으로 이식 각막편을 관찰하였고, 중심 각막 두께와 안압을 측정하였다. 또한 영장류 혈액 내의 작동 및 기억 T 세포 및 B 세포, 공여자 특이 항체, 항 αGal 항체 및 방수 내 보체의 변화를 조사하였고, 지속적인 약제 투여와 장기간의 면역억제로 인한 전신 부작용의 발생 여부를 관찰하였다.

결과: 항 CD40 항체를 투여한 군과(511, 422, 273, 203, 196일 이상, 41일) 항 CD20 항체 등을 투여한 군(470, 260, 210, 158, 97일 이상, 297, 134일) 모두에서 이식 각막편의 장기 생존을 관찰하였다. 항 CD20 항체 등을 투여한 군에서 활성 B 세포의 수가 항 CD40 항체 투여 군에 비해 유의하게 낮았고 (p=0.0216, Mann-Whitney test), 수술 후 6개월 째에 방수 내 보체의 농도가 수술 전과 비교하여 유의하게 높았다 (p=0.0085, Friedman test). 항 CD20 항체 등을 투여한 영장류 중 세 마리에서 전신 부작용이 관찰되었으며, 이는 모두 일시적인 약물 치료로 조절되었다.

결론: 항 CD40 항체를 이용한 공자극 차단 면역억제요법과 항 CD20 항체등의 복합면역억제요법은 모두 돼지-영장류 간 이종 전층각막이식에서 이식 각막편의 장기 생존에 효과적이었으나, 항 CD20 항체 등을 투여한 군에서 일시적인 전신 부작용을 보인 개체가 있었다. 항 CD20 항체 등의 복합면역억제요법은 현재 임상에서 사용 중인 약제들로 이종각막이식의 임상시험에 바로 적용이 가능하다는 장점이 있으나, 보다 안전하게 사용하기 위해서는 부작용을 최소화하기 위한 용량 조절이 반드시 필요할 것으로 사료된다.