Mast cell activation test as a diagnostic tool in chlorhexidine allergy and to study cross-reactivity

Abstract

Background: Chlorhexidine (CHX) allergy has become a predominant cause of perioperative hypersensitivity (POH) including anaphylaxis. In general, confirmatory diagnosis of CHX-allergy starts with skin tests (STs) and quantification of CHX specific immunoglobulin E (sIgE). However, in some cases diagnosis remains challenging, mainly because of divert results between both methods. The passive mast cell activation test (pMAT) could improve diagnosis and possibly elicit cross-reactivity between CHX and structurally similar compounds such as alexidine (ALX) and octenidine (OCT). Objective: Confirming the hypothesis that the pMAT, in which donor mast cells (MCs) are passively sensitised with CHX-sIgE reactive sera, might benefit diagnosis of IgE-mediated CHX allergy and to study whether pMAT enables to demonstrate cross-reactivity between CHX and ALX and/or OCT. Methods: Human MCs were generated from peripheral blood CD34+ progenitor cells and sensitised with sera from 30 patients with a documented CHX-allergy (CHX-sIgE+ in addition to positive STs and/or positive basophil activation test [BAT]), 9 patients with CHX sensitisation (CHX-sIgE+, ST-, BAT-) and 20 control individuals (CHX-sIgE-, ST-). MCs were then stimulated with CHX to assess degranulation. Additionally, cells were sensitised with sera from 10 CHX-allergic patients who tested positive in pMAT, 5 CHX-sensitised patients and 5 healthy controls and subsequently challenged with ALX and OCT. MC degranulation was measured via quantification of up-regulation of the lysosomal degranulation marker CD63. Results: MCs showed activation for 12/13 CHX-allergic patients with positive ST and BAT, 7/11 CHX-allergic patients with positive ST and no BAT and 3/6 CHX-allergic patients with negative ST but positive BAT. ALX and OCT responsiveness was demonstrable with 4/10 and 3/10 of the sera of CHX-allergic patients, respectively. No reactivity to CHX, ALX nor OCT was demonstrable when using sera from CHX-sensitised patients or when using sera from control individuals. MCs incubated with CHX, OCT and ALX without prior passive sensitisation with patients’ sera remained unresponsive to all three antiseptics. Conclusion: The pMAT is a reliable diagnostic of which the application could be extended from traditional proteinaceous allergens to small molecules such as drugs. Unlike BAT, deferred and more standardized batch analyses are possible, making it easier to translate in a clinically valuable diagnostic. In addition, pMAT constitutes an attractive tool to explore cross-reactivity between structurally similar compounds, including (preclinical) assessment of molecules not approved for human use yet.

Bakgrunn: Klorheksidin (CHX) allergi har blitt en ledende årsak til perioperativ overfølsomhet (POH) og anafylaksi. Hudtester (STs) og måling av CHX spesifikke immunglobulin E (sIgE) kan brukes for å diagnostisere CHX-allergi. Å diagnostisere CHX-allergi på denne måten har i noen tilfeller vist seg å være utfordrende, hovedsakelig grunnet ulike resultater fra de to metodene. Passiv mastcelle aktiveringstest (pMAT) kan forbedre diagnostiseringen av CHX-allergi og muligens vise kryssreaktivitet mellom CHX og andre strukturelt lignende forbindelser som alexidin (ALX) og octenidin (OCT). Mål: Bekrefte hypotesen om at pMAT, hvor donor mastceller (MCs) er passivt sensibilisert med CHX-sIgE reaktivt sera, kan forbedre diagnostiseringen av IgE-mediert CHX-allergi samt undersøke om pMAT kan brukes til å demonstrere kryssreaktivitet mellom CHX og ALX og/eller OCT. Metode: Humane mastceller ble generert fra perifere CD34+ progenitorceller og sensibilisert med sera fra 30 pasienter med dokumentert CHX-allergi (CHX-sIgE+ i tillegg til positiv hudtest og/eller positiv basofil aktiveringstest [BAT]), 9 pasienter med CHX sensibilisering (CHX-sIgE+, ST-, BAT-) samt en kontrollgruppe på 20 individer (CHX-sIgE-, ST-). MCs ble så stimulert med CHX for å vurdere degranulering. MCs ble også sensibilisert med sera fra 10 CHX-allergiske pasienter som testet positivt i pMAT, 5 CHX-sensibiliserte pasienter, samt 5 friske kontroller, og deretter stimulert med ALX og OCT. MC degranulering ble målt ved en kvantifisering av oppregulering av den lysosomale degranuleringsmarkøren CD63. Resultat: MCs viste aktivering for 12/13 CHX-allergiske pasienter med positiv ST og BAT, 7/11 CHX-allergiske pasienter med positiv ST og ingen BAT og 3/6 CHX-allergiske pasienter med negativ ST, men positiv BAT. MC aktivering av ALX og OCT ble demonstrert for henholdsvis 4/10 og 3/10 sera av CHX-allergiske pasienter. Ingen reaktivitet mot CHX, ALX og heller ikke OCT ble demonstrert når sera fra CHX-sensibiliserte pasienter eller kontroll individer ble brukt. MCs som ble inkubert med CHX, OCT eller ALX uten tidligere passiv sensibilisering med pasientens sera, viste ingen aktivering. Konklusjon: pMAT er en pålitelig diagnostikk hvorav applikasjonen kan utvides fra proteinholdige allergener til små molekyler slik som legemidler. I motsetning til BAT, mer standardiserte batch analyser er mulig, som gjør det lettere å gjøre det til et klinisk verdifullt diagnoseverktøy. I tillegg kan pMAT brukes til å undersøke kryssreaktivitet mellom strukturelt lignende forbindelser, som inkluderer molekyler som ennå ikke er godkjent for human bruk.