Nutzen der nasalen Differentialzytologie zur Prädiktion des Therapieansprechens und zum Therapiemonitoring von Patienten mit einer chronischen Rhinosinusitis mit Polyposis unter Dupilumab-Therapie : eine monozentrische, prospektive, klinische Anwendungsstudie

Abstract

Die Chronische Rhinosinusitis mit Nasenpolypen (CRSwNP) stellt ein relevantes Krankheitsbild nicht nur für die betroffenen PatientInnen, sondern auch für das öffentliche Gesundheitssystem verbunden mit erheblichen Kosten und Auswirkungen auf den Allgemeinzustand der betroffenen PatientInnen dar. In 80 % der europäischen und amerikanischen Fälle kann histopathologisch und molekulardiagnostisch eine Typ-2 Inflammation nachgewiesen werden. Der genaue Pathomechanismus ist allerdings noch ungeklärt und Gegenstand aktueller Forschungen. Die Schlüsselzytokine dieser Form der chonischen Entzündung sind die Interleukine-4, -5 und -13, welche unter anderem einen Verlust der Zelldifferenzierung induzieren. Wenn die leitliniengerechte Therapie aus konservativer Medikation und/oder Operation (FESS: Functional Endoscopic Sinus Surgery) nicht ausreicht, können seit 2019 Biologika wie Dupilumab zur Therapie genutzt werden. Diese neue Therapieoption revolutionierte die CRSwNP Therapie seither. Dupilumab ist ein monoklonaler Antikörper, der gegen die Interleukin-4-Rezeptor-α-Unterheinheit gerichtet ist und somit das Signaling der Interleukine-4 und -13 inhibiert. Nach aktuellen Empfehlungen ist der Nachweis einer Typ-2 Inflammation als Therapieindikation nötig, welche an der Eosinophilen-Zellzahl im Differentialblutbild (≥ 250 Zellen/µl), der Gesamt-IgE-Konzentration (≥100 IU/ml) oder der Eosinophilen-Zellzahl im Gewebe (≥10/ hpf) gemessen werden kann. Demnach sind Blutentnahmen und in einigen Fällen auch invasive operative Probeentnahmen nötig, um eine Therapieindikation zu stellen. Die nasale Abstrichzytologie bietet im Gegensatz dazu eine nicht-invasive, einfache und kostengünstige Methode, um die Zusammensetzung der Nasenschleimhaut zu analysieren. Die nasale Abstrichzytologie wurde bisher noch nicht im Zusammenhang mit Biologika untersucht. Ziel unserer Pilotstudie war es aus diesem Grund, mit der nasalen Abstrichzytologie die zelluläre Zusammensetzung der nasalen Schleimhaut- und Entzündungszellen von PatientInnen mit chronisch-polypöser Sinusitis (CRSwNP) zu untersuchen, die eine systemische Therapie mit Dupi-lumab erhalten, um die diagnostische Wertigkeit der Abstrichzytologie als prädiktiven Marker für ein Ansprechen auf eine Dupilumabtherapie zu evaluieren und zu untersuchen, ob die nasale Abstrichzytologie zum Therapiemonitoring genutzt werden kann. In unserer monozentrischen, prospektiven klinischen Studie wurden 20 CRSwNP-PatientInnen mit einer Indikation für eine Dupilumab- Therapie eingeschlossen und zu insgesamt fünf Studienvisiten ab Therapiebeginn im Abstand von jeweils drei Monaten mit einer bei der jeweiligen Studienvisite durchgeführten nasalen Abstrichentnahme eingeladen. Die Abstriche wurden zunächst nach der May- Grünwald- Giemsa (MGG) Methode gefärbt und der prozentuale Anteil der verschiedenen Zelltypen ausgewertet. Anschließend erfolgte eine immunzytochemische (ICC) ECP-Färbung, um spezifisch die eosinophilen Granulozyten zu detektieren. Zusätzlich wurden bei jeder Studienvisite der Polypenscore, der SNOT-20 Fragebogen zur Erhebung der mit einer chronischen Rhinosinusitis assoziierten Symptome, die Serum IgE-Konzentration im Blut und die eosinophilen Granulozyten im Differentialblutbild erhoben. Der Verlauf der jewei-ligen Parameter wurde über ein Jahr evaluiert und die Korrelation zwischen klinischem Ansprechen und Differentialzytologie getestet. Es zeigte sich sowohl in der MGG- (p<0,0001) als auch in der ICC-Auswertung (p<0.001) eine signifikante Abnahme der eosinophilen Zellzahl im Therapieverlauf. Außerdem zeigte sich, dass das Ergebnis statistisch signifikanter war, je weiter die einzelnen Studienvisiten voneinander entfernt waren. Bei der Einteilung der MGG-Präparate in eine Eo-low (<21 %) und Eo-high-Gruppe (≥21 %) anhand der prozentualen eosinophilen Zellzahl vor Therapiebeginn, zeigte die Eo-high-Gruppe eine stärkere Abnahme (17.82) im Vergleich zu der Eo-low-Gruppe (10.67). Auch der Polypenscore, der SNOT-20 Fragebogen und die Gesamt-IgE-Konzentration zeigten jeweils eine signifikante Abnahme im Verlauf (p<0.0001). Anhand des Medians der durchschnittlichen Veränderung im Polypenscore und im SNOT-20 Fragebogen wurden die Patienten in “good-responder” und “low-responder” eingeteilt. Anschließend wurden beide Gruppen bezüglich der Eosinophilen im Nasenabstrich, den Eosinophilen im Differentialblutbild und dem Gesamt-IgE Wert verglichen, wobei keine signifikanten Unterschiede beobachtet werden konnten. Zusammenfassend wurde gezeigt, dass die nasale Differentialzytologie das Potential hat, als nicht-invasiver prädiktiver Biomarker das Therapieansprechen auf die sehr kostenintensive Behandlung mit Dupilumab vorherzusagen und so eine zielgerichtete und personalisierte Therapieplanung und –durchführung von CRSwNP- Patienten zu ermöglichen. Als einfache Methode kann sie in allen Altersklassen und auch bei Bedarf wiederholt angewendet werden und hat dadurch auch die Chance in niedergelassenen Arztpraxen genutzt zu werden. Da die Validität der nasalen Abstrichzytologie als prognostischer und prädiktiver Marker in unserer Studie aufgrund der begrenzten Patientenzahl noch eingeschränkt war, sind weitere Studien mit einem größeren Patientenkollektiv nötig, um die Wertigkeit der nasalen Abstrichzytologie und der zytologisch detektierten eosinophilen Zellzahl als Biomarker in der Biologikatherapie von CRS-wNP-PatientInnen weiter zu evaluieren.

Chronic Rhinosinusitis with nasal polyps (CRSwNP) is a common chronic disease with a high impact on patients’ quality of life. In 80 % of all CRSwNP patients in Europe and the US histopathological and molecular diagnostics reveal a type-2 inflammation as major driver of this chronic inflammatory disease. While the detailed pathogenesis is still not fully understood, recent research suggests a host-environmental hypothesis with a dysfunctional host response, which causes an epithelial barrier dysfunction and leads to a chronic inflammation of the nasal and sinus mucosa. The key cytokines in this inflammatory cascade are Interleukin-4, -5 and -13 inducing a loss of cellular differentiation, reduced junctional integrity, and an impaired innate immune defense. If conservative and surgical guideline treatment cannot sufficiently control disease burden, biologicals can be considered as a comparably new treatment option that has revolutionized CRSwNP therapy since the first approval of Dupilumab in 2019. Dupilumab is a monoclonal antibody directed against the IL-4 receptor alpha subunit which inhibits the signaling of the type-2 cytokines IL-4 and IL-13 and demonstrated clinical efficacy and acceptable safety in CRSwNP and other type-2 diseases (e.g. atopic dermatitis and asthma). According to current recommendations type-2-inflammation is evident if one can find a blood eosinophil cell count ≥ 250/µl, or a total IgE concentration ≥100 IU/ml, or a tissue eosinophil cell count ≥10/ hpf. Accordingly, a peripheral blood sample and in many cases also invasive surgical tissue sampling is required for therapeutic decision making. With nasal cytology we herein evaluated a more simple and cost-effective method to study the pattern and profile of different cell types in the nasal mucosa with the aim to select patients who benefit from this new treatment. Nasal cytology has not been tested before in the context of biologic therapy and therefore no comparative literature is available. Against this background, our pilot study aimed to investigate differential nasal swab cytology as a potential tool for monitoring Dupilumab treatment and predicting ther-apy response to Dupilumab in a monocentric prospective clinical trial including a total of n=20 CRSwNP patients that were monitored with nasal swab cytology over a one-year period. In total, five study visits (SV) were conducted with ambulatory nasal differential cytology using nasal swabs starting with the beginning of therapy and followed by visits every 3 months for 12 months. First, these cytology samples were stained according to the May-Grunwald-Giemsa method (MGG) and the percentage of ciliated cells, mucinous cells, eosinophil cells, neutrophil cells, and lymphocytes were analyzed. Secondly, an immunocytochemical (ICC) ECP-staining was performed to detect eosinophil granulocytes. Additionally, during each study visit the nasal polyp score, SNOT-20 questionnaire, olfactometry, the total IgE concentration in peripheral blood as well as the eosinophil cell count in peripheral blood were recorded. The change of pa-rameters was evaluated over one year and the correlation between clinical effectiveness and na-sal differential cytology was analyzed. In both MGG (p<0.0001) and ICC analysis (p<0.001) a significant decrease of eosinophils was seen under Dupilumab treatment. When patients were divided into an Eo-low- (<21 %) and Eo-high- (≥21 %) group according to the percentage of eosinophils in nasal swab catology in the first study visit, the Eo-high-group showed a greater change of eosinophils over time (17.82) compared to the Eo-low-group (10.67) but, however, no better response to therapy. The nasal polyp score, SNOT-20 questionnaire, and total IgE concentration in peripheral blood showed a significant decrease during the observation period, too (p<0.0001). In a next step, we divided the patients into a “good-responder” and “poor-responder” group according to the median of the delta changes in nasal polyp-score and the SNOT-20 questionnaire score from SV1 to SV5. When comparing the initial percentage of eosinophils in nasal swab in MGG- and ICC-staining, eosinophils in peripheral blood and total serum-IgE level between the “good-responder”- and “poor-responder”-group, no significant differences were seen. In summary, nasal swab cytology as an easy-to-apply diagnostic method allows detection and quantification of the different cell populations within the nasal mucosa at a given time. The nasal differential cytology showed a significant decrease of eosinophils during Dupilumab therapy and can therefore be used as non-invasvive method for monitoring therapy success of this cost intensive therapy and potentially can allow an optimized individual therapy planning and management for CRSwNP patients. Since the validity of initial nasal swab eosinophil cell count as a predictive biomarker for therapy response was limited in our study, additional studies including larger number of participants will be necessary to further evaluate the potential benefits for clinical practice of this new diagnostic method.