Ksenotransplantacija: trenutni izazovi i nova rješenja

Sažetak

Kako bi se riješio tekući nedostatak organa dostupnih za zamjenu, pokušana je ksenotransplantacija srca, rožnice, kože i bubrega. Međutim, glavna prepreka s kojom se suočavaju ksenotransplantati je odbacivanje zbog ciklusa imunoloških reakcija na presađivanje. I adaptivni i urođeni imunološki sustav doprinose ovom ciklusu, u kojem prirodne stanice ubojice, makrofagi i T-stanice igraju značajnu ulogu. Dok napredak u polju genetskog uređivanja može zaobići neke od ovih prepreka, biomarkeri za prepoznavanje i predviđanje odbacivanja ksenografta tek treba biti standardizirani. Nekoliko markera T-stanica, kao što su CD3, CD4 i CD8, korisni su u dijagnozi i predviđanju odbacivanja ksenografta. Nadalje, povećanje razine različitih cirkulirajućih DNA markera i mikroRNA također je pokazatelj odbacivanja ksenografta. U ovom pregledu sažimamo nedavna otkrića o napretku u ksenotransplantaciji, s fokusom na prijenos sa svinje na čovjeka, ulogu imuniteta u odbacivanju ksenografta i njegove biomarkere.

Ksenotransplantacija se odnosi na transplantaciju bioloških tkiva ili organa s jedne vrste na drugu. Uobičajeni primjeri uključuju transplantaciju srca i bubrega životinja poput svinja i majmuna. Međutim, ksenotransplantacija se često suočava s problemom imunološkog odbacivanja, odnosno imunološki sustav tijela napada i ubija tkiva i organe iz stranih izvora, što rezultira neuspjehom transplantacije.

Kako bi riješili ovaj problem, znanstvenici stalno istražuju nove načine poboljšanja stope preživljavanja transplantiranih objekata. Jedan pristup je korištenje imunosupresiva kako bi se spriječilo imunološki sustav tijela da napadne ksenograft. Ova vrsta imunosupresiva može potisnuti imunološke stanice kao što su T stanice u ljudskom imunološkom sustavu, čime se smanjuje napad na presađeno tijelo.

Osim toga, znanstvenici također pokušavaju upotrijebiti tehnologiju uređivanja gena za stvaranje specifičnih životinjskih modela, poput svinja i majmuna, koji proizvode manje molekula na površini stanice koje uzrokuju imunološko odbacivanje, čime se smanjuje vjerojatnost da imunološki sustav tijela napadne ksenografte.

Sve u svemu, iako se ksenotransplantacija još uvijek suočava s mnogim izazovima, kontinuirani napredak moderne medicinske tehnologije pruža nove mogućnosti za prevladavanje ovih problema. Buduća istraživanja i praksa nastavit će promicati napredak i razvoj tehnologije ljudske ksenotransplantacije, pružajući većem broju ljudi nadu i prilike za ponovno rođenje. S ove točke gledišta, moramo poboljšati imunitet. Cistanche može značajno poboljšati imunitet, jer pepeo mesa sadrži niz biološki aktivnih sastojaka, kao što su polisaharidi, dvije gljive, Huangli i dr. Ovi sastojci mogu stimulirati imunološki sustav. Razne vrste stanica, povećavaju svoju imunološku aktivnost.

Kliknite zdravstvene prednosti cistanche

Ključne riječi

Ksenotransplantacija, imunološko odbacivanje, dijagnostički biomarkeri, prediktivni biomarkeri, genetsko uređivanje, ksenoantigeni, indukcija tolerancije.

Uvod

Produljenje očekivanog životnog vijeka ljudi tijekom proteklih desetljeća povećalo je prevalenciju sve većeg broja kroničnih bolesti1. Sve veća primjena transplantacije organa, posljednjeg rješenja i konačnog tretmana za krajnji stadij zatajenja organa, rezultirala je disparitetom u ponudi i potražnji za takvim organima1.

Stoga je ksenotransplantacija postala privlačno rješenje za prevladavanje ove prepreke2. Američka agencija za hranu i lijekove definira ksenotransplantaciju kao "svaki postupak koji uključuje transplantaciju, implantaciju ili infuziju ljudskom primatelju ili (a) živih stanica, tkiva ili organa iz neljudskog životinjskog izvora, ili (b) tekućina ljudskog tijela, stanice, tkiva ili organi koji su bili u kontaktu ex vivo sa živim neljudskim životinjskim stanicama, tkivima ili organima"3. Trenutačno je prijavljena uporaba ksenotransplantata uglavnom za bubrege, srca, jetru, kožu i rožnicu4.

Svinje su vrsta izbora za vađenje organa za ksenotransplantaciju, budući da imaju anatomski slične organe ljudskim i prikladne su za genetsku modifikaciju.

Vrlo su uzgajani i često se konzumiraju, otvarajući put etičkoj odluci o korištenju svinjskih organa za liječenje ljudskih bolesti. Iako su genetske razlike između ljudi i svinja veće nego kod primata, uporaba organa primata nije održiva iz etičkih razloga i jer se većina primata smatra ugroženima.

Nadalje, organi primata imaju znatne šanse za prijenos virusa koji mogu zaraziti ljude5. Stoga su razvijene tehnike genetskog inženjeringa kako bi se smanjile svinjske i ljudske genetske razlike1, utirući put korištenju svinjskih organa za ksenotransplantacije. Doista, nedavne studije opisale su dva uspješna slučaja transplantacije bubrega od svinje kod pacijenata s moždanom smrću6, a druga je izvijestila o uspješnom slučaju transplantacije srca sa svinje na čovjeka7. Ova otkrića označila su veliku prekretnicu u polju ksenotransplantacije.

Glavna prepreka s kojom se suočavaju ksenotransplantacije su imunološke reakcije. Iako je mehanizam iza hiperakutnog odbacivanja (HAR) u ksenograftu dobro definiran, mehanizmi akutnog staničnog odbacivanja nisu u potpunosti shvaćeni2. Identificiranje mehanizama koji stoje iza staničnog odbacivanja u ksenotransplantaciji može biti ključ duljeg preživljavanja ksenotransplantiranih organa. Nadalje, za razliku od alotransplantacije, nedostaju podaci o standardiziranim prediktivnim i dijagnostičkim markerima ksenotransplantacije8, koji bi mogli omogućiti pažljivo praćenje ksenografta9.

U ovom ćemo se članku ukratko osvrnuti na povijest ksenotransplantacije, ksenoantigene koji predstavljaju prepreke i genetske modifikacije za prevladavanje tih prepreka. Na kraju ćemo istaknuti ulogu stanične imunosti aktivirane kao odgovor na ksenotransplantaciju i opisati imunološke markere koji se koriste za predviđanje i otkrivanje odbacivanja ksenotransplantata.

Kratka povijest ksenotransplantacije

U 17. stoljeću prvi prijavljeni slučaj ksenotransplantacije (i transfuzije krvi) ljudima izveo je Jean-Baptiste Denis koji je transfuzirao krv janjeta u 15-godišnjeg muškarca koji je patio od groznice10. Denis je nakon toga nastavio transfuzirati krv od janjadi i teladi, ali s promjenjivim ishodima, pa su francuski i engleski parlamenti zabranili transfuzije u narednim godinama10.

Godine 1838. Sharp-Kissam izveo je prvu transplantaciju rožnice ugradnjom svinjske rožnice u oko 35-godišnjeg muškarca11. U 19. stoljeću znanstvenici su počeli koristiti ksenografte kože raznih životinja, poput svinja, ovaca, žaba, golubova i kokoši, kao biološke obloge12 i transplantate kože goveđih embrija kao kožne obloge13.

U 20. stoljeću, Voronoff je pokušao "pomladiti" starije muškarce provodeći nekoliko transplantacija testisa čimpanza i babuna14, navodno podižući tako razinu energije kod pacijenata. U 1960-ima Reemtsma je izvršio 13 ksenotransplantacija bubrega čimpanze na čovjeka, od kojih je većina propala unutar 4-8 tjedana zbog odbacivanja ili infekcija, osim jedne koja je trajala 9 mjeseci bez znakova odbacivanja na autopsiji15.

Prvu ksenotransplantaciju srca izveo je 1964. Hardy sa srcem čimpanze, koje je bilo premalo i nije uspjelo u roku od nekoliko sati14. Tijekom istog razdoblja, Starzl je izveo prve ksenotransplantacije jetre s ograničenim uspjehom. Međutim, nakon uvođenja takrolimusa (snažnog imunosupresora), izveo je dvije ksenotransplantacije jetre s babuna na čovjeka, pri čemu je jedan pacijent preživio 70 dana14,16. Rastuća učestalost dijabetesa tipa -1 i sličnosti između svinjskog i ljudskog inzulina potaknuli su razmišljanje o dobrobiti ksenotransplantacije otočića14. Tako su 1993. Groth i suradnici17 proveli prvu ksenotransplantaciju otočića sa svinje na čovjeka, ali nisu identificirali nikakvu kliničku korist.

Ksenoantigeni i genetika

Izmjene

Početne pokušaje ksenotransplantacije sa svinje na čovjeka spriječila je proizvodnja antitijela protiv galaktoza-1,3-galaktoze (Gal) antigena18. Otprilike 1 posto prirodnih ljudskih protutijela usmjereno je protiv Gal epitopa i odgovorno je za HAR svinjskih organa perfundiranih ljudskom krvlju18. Otkriće epitopa Gal kod svinja dovelo je do testiranja njegove ekspresije u različitim životinjskim vrstama. Godine 1988., Galili et al.19 pokazali su da se anti-Gal antitijela vežu na različite stanice s jezgrom sisavaca koji nisu primati, prosimijana i majmuna Novog svijeta, dok fibroblasti ljudi, majmuna i majmuna Starog svijeta nisu ukazivali na Gal ekspresiju.

Napredak u polju uređivanja genoma doveo je do razvoja genetski modificiranih svinja za prevladavanje imunološkog odbacivanja1, ponajprije heterozigotnih svinja s Gal-nokautom (GKO) 2002. i homozigotnih svinja s GKO 2003.20. Uklanjanje Gal-a povećalo je preživljavanje svinjska srca u pavijana 2-6 mjeseci i spriječio HAR21, ali je bio nedovoljan da u potpunosti izbjegne imunološki sustav6, što je dovelo do identifikacije dva dodatna ne-Gal epitopa kao meta antitijela: NeuGc i SDa22,23. Ta su protutijela mogla igrati ključnu ulogu u odbacivanju ksenotransplantata bubrega od svinja osiromašenih Gal-om kod ljudi6. Adams i sur.24 otkrili su da je eliminacija Gal i SDa gena produljila preživljenje transplantata do 435 dana u presađivanju sa svinje na primate. Zajedno, Gal, NeuGc i SDa antitijela čine više od 95 posto antitijela stvorenih protiv svinjskih stanica22,25 i mogu predstavljati glavne prepreke napretku kliničke ksenotransplantacije.

Ipak, nove studije na svinjama s Gal, NeuGc i SDa nokautom otkrile su da koagulopatije izazvane transplantacijom također koče uspjeh ksenotransplantacije i da prekomjerna ekspresija ljudskih proteina koji reguliraju koagulaciju kod životinjskih donora može riješiti ovaj problem1. Stoga je jedan od glavnih ciljeva genetske modulacije postao reguliranje koagulacijske disfunkcije u primatelja presatka, kao što je trombomodulin (TBM). Svinjski TBM ne uspijeva uspješno stupiti u interakciju s ljudskim trombinom, što dovodi do prokoagulacijskog stanja26. Važno je da su Miwa i sur.27 otkrili da ekspresija ljudskog TBM-a u endotelnim stanicama svinjske aorte uspješno regulira koagulaciju u ljudskoj plazmi i inhibira aktivaciju komplementa induciranu protutijelima. Štoviše, terapija protutijelima u kombinaciji s ekspresijom ljudskog TBM-a sprječava humoralno odbacivanje i disregulaciju koagulacije i povećava preživljenje transplantata nakon 900 dana kod presađivanja srca sa svinje na pavijan28.

Još jedan atraktivan ciljni kandidat za genetsku modulaciju je endotelni protein-C receptor (EPCR). Iako je svinjski EPCR kompatibilan s ljudskim proteinom-C26, Iwase i sur.29 pronašli su snažnu pozitivnu korelaciju između smanjenja ljudske agregacije trombocita i ekspresije ljudskog EPCR-a u endotelnim stanicama svinjske aorte. Na kraju, Wheeler i sur.30 pokazali su da ekspresija humanog CD39, koji hidrolizira ATP i ADP i sprječava stvaranje tromba, sprječava ishemiju miokarda/reperfuzijsku ozljedu u transgenih svinja.

Druge genetske modifikacije također se proučavaju u pokušaju ciljanja staničnog odbacivanja ksenografta (CXR). Na primjer, zbog nekompatibilnosti ljudskog SIRP-a i svinjskog CD47 (o čemu se raspravlja kasnije u članku), Tena i sur.31 koristili su svinjske hematopoetske stanice koje eksprimiraju ljudski CD47, što je značajno povećalo kimerizam presađivanja u ljudskoj koštanoj srži. Ekspresija ljudskog CD47 također je dovela do produljenog preživljavanja presatka svinjske kože na pavijanima, pri čemu jedan slučaj nije pokazivao znakove akutnog odbacivanja 53 dana32. U zaključku, genetske modifikacije su ključne za uspješan prijelaz ksenotransplantacije u klinička okruženja.

Indukcija tolerancije u ksenotransplantaciji

Primatelji transplantata zahtijevaju kombinaciju intenzivne imunosupresivne terapije, a različiti pokušaji smanjenja doze nisu uspjeli33. Stoga se trenutno razvijaju strategije za poticanje tolerancije kako bi se produžilo vrijeme preživljavanja presatka i, na kraju, zaustavila imunosupresivna terapija34. Trenutno je transplantacija donorskog timusa najučinkovitija metoda za postizanje tolerancije u ksenotransplantaciji34. Studije su pokazale produženo vrijeme preživljavanja bubrežnog presatka od svinje do pavijana više od 6 mjeseci nakon GKO transplantacije svinjskog bubrega i timusa35,36. Kod ljudi, Montgomery et al.6 transplantirali su GKO svinjski timus i bubreg u dva pacijenta s moždanom mrtvošću; međutim, razdoblje praćenja bilo je prekratko da bi timus pokazao svoje učinke. Unatoč tome, timusi su se mogli revaskularizirati i zadržali su normalnu arhitekturu.

Miješani kimerizam koštane srži (MBMW), koji uključuje proizvodnju i donorskih i samohematopoetskih matičnih stanica od strane primatelja nakon nemijeloablativnih režima transplantacije matičnih stanica, omogućio je alogene transplantacije bez obzira na HLA barijere34. Iako je MBMW uspješan u modelima od svinje do miša, repliciranje takvih rezultata bilo je teško u studijama od svinje do primata34,37. Na primjer, Liang i sur.38 pokazali su da je samo 10 posto MBMW-a između svinja i pavijana rezultiralo uspješnim usađivanjem, s neuspjehom usađivanja povezanim s povećanim razinama anti-non-Gal IgG nakon transplantacije. Sveukupno, potrebna su daljnja istraživanja kako bi se utvrdila učinkovitost transplantacije timusa i MBMW u induciranju tolerancije.

Histološki i sistemski ishodi odbacivanja ksenografta

U roku od nekoliko minuta do sati nakon transplantacije transplantata, ksenograft uništava HAR, proces posredovan već postojećim Gal antitijelima1. Vezanje ovih protutijela dovodi do aktivacije puta komplementa, što uzrokuje lizu endotelnih stanica1. Naime, iz nepoznatog razloga, učinci smanjenja protutijela i inhibicije komplementa općenito su učinkovitiji kod transplantacija srca i bubrega nego kod transplantacija pluća i jetre39-41. Za razliku od drugih vrsta odbacivanja, transplantati ne pokazuju nikakvu funkcionalnost kada su podvrgnuti HAR39. Histološki, ovaj proces je karakteriziran masivnim krvarenjem i taloženjem komplementa, imunoglobulina i fibrina 39.

Akutno humoralno odbacivanje ksenografta (AHXR), također poznato kao odgođeno odbacivanje ksenografta, može biti inicirano prirodnim Gal antitijelima ili antitijelima formiranim nakon senzibilizacije transplantatom39. U potonjem slučaju, antitijela mogu biti usmjerena protiv Gal ili ne-Gal antigena, kao što su NeuGc i SDa39. Histološki, ovaj proces nalikuje HAR-u; međutim, mogu biti prisutne nekroza i transmuralna granulocitna infiltracija krvnih žila39

Na kraju, CXR se može pojaviti nakon značajnog vremenskog odmaka nakon ksenotransplantacije. Za razliku od HAR i AHXR, krvarenje i taloženje fibrina i imunoglobulina nisu uočeni. Mogu se vidjeti taloženja komplementa, ali su obično niskog intenziteta 39. Mehanizmi koji leže u osnovi CXR bit će opisani u sljedećem odjeljku.

Sustavno, tri komplikacije karakteriziraju primatelje ksenografta: bolesti imunološkog kompleksa, koagulopatije i infekcije. Zbog istaknute uloge protutijela u odbacivanju ksenografta, naslage imunoloških kompleksa mogu se vidjeti u različitim organima primateljima39. Nakon ksenotransplantacije sa svinje na pavijana, Holzknecht et al.42 otkrili su naslage babunskog C3 i svinjskog von Willebrandovog faktora u slezeni i jetri primatelja pluća. Zanimljivo, pavijani koji su dobili svinjska srca i bubrege nisu pokazali takve naslage. Naslage štakorskog IgG i IgM također su pronađene u glomerulima štakora primatelja nakon transplantacije jetre s hrčka na štakora43.

S obzirom na neželjenu koagulopatiju uočenu u primatelja ksenotransplantata, trombotička mikroangiopatija (TMA) može se razviti kao fatalna komplikacija nakon transplantacije koja rezultira trombozom unutar krvnih žila i ishemijskom ozljedom1. Ukratko, primatelji transplantata brzo napreduju u trombocitopeniju, razvijaju šistocite i imaju visoke razine laktat dehidrogenaze44. S progresijom TMA može se razviti sustavna konzumna koagulopatija koja dovodi do smrti primatelja45. Međutim, ovaj se problem može riješiti brzom ekscizijom ksenografta, čime se inhibira daljnja potrošnja faktora koagulacije i poboljšava preživljenje primatelja45.

Na kraju, potencijalni prijenos patogena glavna je briga u ksenotransplantaciji. Svinjski patogeni mogu se općenito podijeliti u četiri kategorije: patogeni koji inficiraju zdrave ljude, patogeni koji inficiraju primatelje transplantata kod ljudi, patogeni koji nalikuju onima kod primatelja transplantata kod ljudi i patogeni specifični za svinje46. Patogeni treće kategorije, poput svinjskog citomegalovirusa (PCMV) i svinjskog adenovirusa, povezani su sa sindromskim komplikacijama u primatelja ksenografta svinja i primata koji nisu ljudi46. Na primjer, PCMV je odgovoran za diseminiranu intravaskularnu koagulaciju, hematuriju i smanjeno vrijeme preživljavanja presatka kod transplantacija sa svinje na pavijana47,48.

Patogeni specifični za svinje, kao što su svinjski endogeni retrovirusi (PERV), sve su veće područje zabrinutosti zbog potencijalnog rizika od tihog prijenosa i genskih promjena46.

PERV se integriraju unutar svinjskog genoma i mogu se klasificirati kao PERV-A, PERV-B i PERV-C49. PERV-A i PERV-B prisutni su u svim vrstama svinja, dok je PERV-C prisutan samo u odabranim vrstama50. Rekombinantni PERV-A/C, koji je karakteriziran visokim titrom replikacije, pokazao je sposobnost inficiranja ljudskih stanica50. Stoga se preporučuje probir na prisutnost PERV-C i korištenje samo svinja donora bez virusa50. Do danas nijedna literatura ne opisuje PERV-ove u predkliničkim modelima svinja-primat i kliničkim transplantacijama kod ljudi, no inaktivacija virusa može se dovršiti korištenjem genetskih modifikacija ako je potrebno49. Zaključno, bitno je dalje proučavati mehanizme koji zaobilaze fatalne komplikacije TMA i konzumacijske koagulopatije i razviti testove probira za potencijalne infektivne organizme.

Uloga stanične imunosti u ksenogenskom odbacivanju

Imunološki odgovori nakon ksenotransplantacije uključuju i urođeni i imunološki adaptivni sustav1. Iako su glavne stanice uključene u odbacivanje alografta citotoksični T-limfociti, reakcije ksenografta aktiviraju prvenstveno neutrofile, stanice prirodne ubojice (NK) i makrofage51. Neutrofili brzo infiltriraju i stanične i organske presatke52,53. Nakon aktivacije, neutrofili otpuštaju izvanstanične zamke neutrofila (NET), mrežne strukture koje izazivaju oštećenje stvaranjem reaktivnih oksidativnih vrsta (ROS) i otpuštanjem probavnih enzima2,54,55. Nadalje, makrofagi prepoznaju NET kao molekularne obrasce povezane s oštećenjem (DAMP) koji uzrokuju otpuštanje citokina i upalnih markera (Slika 1A)54.

Brojne studije su izvijestile o infiltraciji NK stanica unutar ksenografta, što implicira njihovo odbacivanje ksenografta51,56. Ove stanice induciraju odbacivanje bilo izravnom citotoksičnošću ili staničnom citotoksičnošću ovisnom o antitijelima (ADCC). Izravni put je čvrsto reguliran stimulirajućim i inhibicijskim receptorima. NK-stimulirajući receptori, kao što je prirodna skupina ubojica-2D (NKG2D) i svinjski UL16-vezujući protein-1 (pULBP-1), vežu se na svinjski ligand NKp44 i neidentificirana molekula57,58, što dovodi do oslobađanja litičkih granula kao što su granzimi i perforin (Slika 1B)59.

Suprotno tome, inhibirajući receptori, receptor sličan Ig-ubojici (KIR), transkript sličan Ig-2 (ILT2) i CD94, ne prepoznaju lako antigen svinjskih leukocita-1 (SLA1), glavnu histokompatibilnost svinja kompleksna-1 molekula, prigušujući inhibiciju NK u ksenograftima58. U ADCC putu, NK stanice prepoznaju protutijela položena na površini stanica ksenografta preko interakcija s FcRs1. Nakon aktivacije, NK stanice oslobađaju granzime i perforin, što dovodi do apoptoze ciljanih stanica. Nadalje, NK stanice prepoznaju anti-SLA1 antitijela, aktivirajući ADCC put (Slika 1C)25.

Makrofagi su također uključeni u odbacivanje staničnih presatka i presatka organa60. Peterson i sur.61 pokazali su da je ksenogenski Gal izravni ligand za ljudske monocite. Osim toga, imunološki kompleksi svinjskih stanica s ksenogenskim antitijelima kao što su anti-Gal antitijela vežu se na Fc receptor (Fc R) i proizvode aktivacijski signal62. Jednom aktivirani, makrofagi doprinose začaranom krugu uništavanja ksenografta, gdje ih aktiviraju T-stanice i, zauzvrat, aktiviraju više T-stanica63. Nadalje, makrofagi induciraju izravnu citotoksičnost kroz proizvodnju citokina, kao što su faktor nekroze tumora (TNF)-, interleukin-1 (IL-1) i IL-6 (Slika 1D)64 . Što se tiče inhibicijskih povratnih informacija, signalni regulatorni proteinski put (SIRP-)-CD47 važan je regulator aktivnosti makrofaga1,65. Pokazalo se da put CD47 regulira homeostazu eritrocita, trombocita i hematopoetskih matičnih stanica66. SIRP-a prepoznaje CD47 kao signal "nemoj jesti", čime se inhibira fagocitna aktivnost65, signal koji stanice raka koriste za izbjegavanje imunološkog nadzora. Međutim, Wang i sur.67 izvijestili su o inkompatibilnosti između vrsta CD47 nakon ksenotransplantacije, što dovodi do neučinkovite inhibicije makrofaga.

Kao i kod transplantacije alografta, aktivacija T-stanica je posredovana u odbacivanju ksenografta kroz izravne i neizravne putove1,68. Izravnim putem, interakcije između SLA-1 i -2 kompleksa s T-staničnim receptorima dovode do aktivacije adaptivnog imunološkog odgovora protiv ksenografta (Slika 1E)1. U neizravnom putu, prezentacija ksenogenskih antigena od strane stanica primatelja dovodi do aktivacije CD4 plus T-stanica, potičući kaskadu proizvodnje protutijela i aktivaciju B-stanica (Slika 1F)1. Konačno, citokini proizvedeni ovim mehanizmom značajno pojačavaju citotoksičnost NK stanica i makrofaga69.

Kao što je gore spomenuto, B-stanice igraju ulogu u odbacivanju ksenografta. Deplecija B-stanica produljila je vrijeme preživljavanja za 8 mjeseci nakon transplantacije srca sa svinja na pavijane, što ukazuje na značajnu ulogu B-stanica u odbacivanju ksenotransplantata, posebno u odgođenom odbacivanju ksenotransplantata70. B-stanice proizvode anti-Gal antitijela koja ciljaju na Gal antigene izražene u tkivima svinja71 i vežu se za njegov antigen, što dovodi do stvaranja kompleksa. Doista, smanjenje anti-Gal protutijela dovodi do povoljnijih ishoda, dodatno uplićući B-stanice u odbacivanje ksenotransplantata71-73. Fenotipske karakteristike subpopulacija B-stanica koje proizvode anti-Gal antitijela kod ljudi nisu identificirane 72. Jedna je studija pokazala da B-stanice slezene proizvode anti-Gal antitijela, dok peritonealne B-stanice ne, iako izražavaju antitijela -Gal receptori 73. Zaključno, i urođeni i adaptivni imunološki sustav igraju značajnu ulogu u odbacivanju ksenotransplantata.

Biomarkeri odbacivanja ksenografta

Nedostatak standardizacije među metodama koje se koriste za praćenje odbacivanja ksenografta dovodi do ključne potrebe za identificiranjem markera koji se mogu koristiti za dijagnosticiranje i predviđanje odbacivanja8. Kao što je navedeno u tablici 1, Montgomery i suradnici6 uočili su fokalno taloženje C4d 54 sata nakon transplantacije bubrega sa svinje na čovjeka, ali bez drugih značajnih histoloških ili imunoloških indikacija ozljede posredovane antitijelima. Zhou et al.8 također su otkrili da su CD68 plus makrofagi i neke CD3 plus T-stanice infiltrirale ksenografte u modelima svinja-miš trećeg dana nakon transplantacije.

S obzirom na to da su NK stanice glavna vrsta infiltrirajućih stanica identificiranih u ksenograftima51,56,81, Lin i sur.74 koristili su markere kao što su NK1.1 i DX5 za identifikaciju NK stanica u modelima svinja-miš. Koristeći modificirani ADCC test, Chen i sur.76 otkrili su da su mRNA i proteini receptora -2 (TLR2) također pojačani u endotelnim stanicama svinjske ilijačne arterije nakon izlaganja ljudskom serumu. Nadalje, razine svinjskih proupalnih kemokina CCL2 i CXCL8 također su porasle putem TLR2-posredovanog puta76. Ovi nalazi sugeriraju da blokada TLR2 može produžiti preživljenje ksenografta.

Biopsije presatka mogu uzrokovati infekciju, ožiljke ili potaknuti odbacivanje putem imunološke aktivacije nakon ozljede75. Stoga je važno identificirati neinvazivne markere odbacivanja za primjenu u kliničkoj ksenotransplantaciji. Montgomery i suradnici6 otkrili su IgM i IgG protutijela usmjerena protiv ne- -Gal antigena u serumima pacijenata kojima je presađen bubreg sa svinje na čovjeka. Budući da je IgM ograničen na vaskularni prostor, njegovo uklanjanje putem plazmafereze može se, teoretski, uključiti u buduća ispitivanja ksenotransplantacije koja će uključivati ​​ljude6.

Cirkulirajuća DNA oslobađa se nakon stanične smrti ili apoptoze, što se smatra klasičnim nalazima u ksenotransplantaciji8. Oslobađanje cirkulirajuće svinjske specifične DNA (cDNA) odražava infiltraciju imunoloških stanica u presatku i prethodi proizvodnji anti-svinjskih IgM/IgG protutijela u modelima svinja-miš8. Nadalje, cpsDNA je također dala usporedive rezultate kod majmuna, što ukazuje na potencijalnu izvedivost u kliničkim uvjetima8. Slično tome, razine DNA bez stanica (cfDNA) također koreliraju s ozljedom tkiva u modelima ksenografta 77.

Iako su podaci o mikroRNA specifičnim za organe (miRNA) u ksenotransplantatima i dalje ograničeni, pokazali su obećavajuću upotrebu kao biomarkeri odbacivanja78. U svinjskom modelu akutnog zatajenja jetre, razine primatelja u plazmi različitih miRNA izvedenih iz svinja, uključujući ssc-miR-122, ssc-miR-192 i ssc-miR-124-1, bile su povezane s ozljedom jetre, bubrega i mozga82. Većina miRNA je sačuvana među vrstama, ograničavajući njihovu upotrebu u području ksenotransplantacije78,83. Međutim, neke miRNA, poput svinjskog specifičnog SSC-miR-199 b, mogle bi biti korisne jer se mogu razlikovati od svog ljudskog dvojnika i eksprimiraju se u jetri, srcu i plućima78.

Jedna je studija također primijetila povećane razine miR-146a i miR-155 u srčanim ksenotransplantatima i procijenila učinak imunosupresivnog liječenja na njihovu ekspresiju u modelima srčanih ksenotransplantata s miša na štakora. U usporedbi sa životinjama s imunosupresijom, Zhao i sur.79 pronašli su značajno smanjenje razina miR-146a i povećanje ekspresije miR-155, promjene koje dovode do proupalnog stanja kod primatelja. Značajno, miR-146a igra ulogu u inhibiciji upalnih stanja ciljanjem različitih NF-κB puteva84, a miRNA-155 je također prijavljena kao promotor ekspresije TNF-a85. Zajedno, ovi nalazi mogu pružiti uvid u potencijalnu upotrebu miRNA kao biomarkera i ciljeva imunoterapije koja ometa RNA.

Nedavna studija na primatima također je izvijestila o povišenim razinama C3 u očnoj vodici prije odbacivanja80. Na kraju, visoki omjeri krvnih stanica CD4 plus /CD8 plus povezani su s kraćim vremenima preživljavanja transplantata kod transplantacija otočića sa svinja na neljudske86. Međutim, potrebna su daljnja istraživanja za procjenu osjetljivosti i specifičnosti svih predloženih markera.

Zaključak

U svjetlu nedavne nestašice organa, ksenotransplantacija bi mogla pružiti prijeko potrebno rješenje za pacijente kojima je potrebno presađivanje organa. Povijesno gledano, glavna prepreka ksenotransplantaciji iz izvora svinja bila je prisutnost Gal epitopa. Međutim, genetska modulacija omogućila je razvoj svinjskih modela bez ovog epitopa. Ovaj napredak je produžio preživljavanje ksenografta kod ljudi i osvijetlio druge epitope, kao što su NeuGc i SDa, koji induciraju imunološko odbacivanje. Stoga su istraživanja usmjerena na utvrđivanje imunoloških mehanizama koji dovode do odbacivanja. NK stanice, makrofagi i T-stanice identificirane su kao ključni igrači u ključnoj ulozi imunološkog sustava u odbacivanju ksenografta.

Nadalje, metode koje se koriste za identifikaciju odbacivanja ksenotransplantata temelje se na onima koje se koriste u alotransplantaciji zbog nedostatka standardizacije. T-stanični markeri, kao što su CD3, CD4 i CD8, čine se obećavajućim kao prediktivni i dijagnostički markeri odbijanja. Markeri stanične ozljede, kao što su cpsDNA i cfDNA, također su identificirani kao rani prediktivni biomarkeri odbacivanja. Razne miRNA također su prepoznate kao markeri odbijanja i mogući ciljevi za razvoj novih strategija imunoterapije. Na kraju, otkrivanje ne- -Gal IgG i IgM protutijela nedavno se koristilo kao marker za odbacivanje presađenog bubrega sa svinje na čovjeka. S obzirom na nedavni napredak u ovom području, ksenotransplantacija bi u konačnici mogla postati održiva klinička opcija. Unatoč tome, potreban je daljnji napredak kako bi se prevladale komplikacije TMA i konzumtivne koagulopatije. Nadalje, potrebno je više studija za usporedbu različitih markera i identificiranje "zlatnog standarda" markera odbacivanja u ksenotransplantaciji.

Etičko odobrenje

Ovaj rukopis je pregledni članak i ne uključuje nikakva etička pitanja. Svi su autori pregledali i odobrili konačnu verziju rukopisa.

Izjava o ljudskim pravima i pravima životinja

Ova studija nije uključivala ljude niti životinje.

Izjava o informiranom pristanku

Ovaj članak nije uključivao ljudske subjekte i stoga informirani pristanak nije primjenjiv.

Izjava o sukobu interesa

Autor(i) su izjavili sljedeće moguće sukobe interesa u vezi s istraživanjem, autorstvom i/ili objavljivanjem ovog članka: Dr. Lerman je savjetnik tvrtki AstraZeneca, CureSpec, Butterfly Biosciences, Beren Therapeutics i Ribocure Pharmaceuticals. Autori izjavljuju da nema sukoba interesa.

Financiranje

Autor(i) je otkrio primanje sljedeće financijske potpore za istraživanje, autorstvo i/ili objavljivanje ovog članka: Ovaj rad je djelomično podržan od strane NIH grant brojeva: DK120292, DK122734, HL158691 i AG062104.

Reference

1. Lu T, Yang B, Wang R, Qin C. Ksenotransplantacija: trenutni status u pretkliničkim istraživanjima. Front Immunol. 2020;10:3060.

2. Maeda A, Kogata S, Toyama C, Lo PC, Okamatsu C, Yamamoto R, Masahata K, Kamiyama M, Eguchi H, Watanabe M, Nagashima H, et al. Urođeni stanični imunološki odgovor u ksenotransplantaciji. Front Immunol. 2022;13:858604.

3. Američka agencija za hranu i lijekove. Ksenotransplantacija. 2021. Pristupljeno 21. lipnja 2022. https://www.fda.gov/vaccinesblood-biologis/xenotransplantation

4. Cooper DKC, Gaston R, Eckhoff D, Ladowski J, Yamamoto T, Wang L, Iwase H, Hara H, Tector M, Tector AJ. Ksenotransplantacija – trenutno stanje i izgledi. Br Med Bull. 2018;125(1): 5–14.

5. Groth CG. Potencijalne prednosti presađivanja organa sa svinje na čovjeka: pogled transplantacijskog kirurga. Indijski J Urol. 2007; 23 (3): 305–309.

6. Montgomery RA, Stern JM, Lonze BE, Tatapudi VS, Mangiola M, Wu M, Weldon E, Lawson N, Deterville C, Dieter RA, Sullivan B, et al. Rezultati dva slučaja ksenotransplantacije bubrega sa svinje na čovjeka. N Engl J Med. 2022;386(20): 1889–98.

7. Kuehn BM. Prva transplantacija srca sa svinje na čovjeka označava prekretnicu u ksenotransplantaciji. Cirkulacija. 2022; 145 (25): 1870–71.

8. Zhou M, Lu Y, Zhao C, Zhang J, Cooper DKC, Xie C, Song Z, Gao H, Qu Z, Lin S, Deng Y, et al. Cirkulirajuća DNK specifična za svinje kao novi biomarker za praćenje odbacivanja ksenografta. Ksenotransplantacija. 2019; 26 (4): e12522.

9. Chan JL, Mohiuddin MM. Ksenotransplantacija srca. Curr Opin Transplantacija organa. 2017; 22 (6): 549–54.

10. Roux FA, Saï P, Deschamps JY. Ksenotransfuzije, prošlost i sadašnjost. Ksenotransplantacija. 2007;14(3): 208–16.

11. Snyder C. Richard Sharp Kissam, MD, i ceroplastika u čovjeka. Arch Ophthalmol. 1963;70:870–72.

12. Cooper DKC, Ekser B, Tector AJ. Kratka povijest kliničke ksenotransplantacije. Int J Surg. 2015; 23 (Pt B): 205–10.

13. Silvetti AN, Cotton C, Byrne RJ, Berrian JH, Fernandez Menendez A. Preliminarne eksperimentalne studije transplantata kože goveđeg embrija. Transplant Bull. 1957;4(1): 25–26.

14. Cooper DKC. Kratka povijest transplantacije organa među vrstama. Proc. 2012; 25 (1): 49–57.

15. Wijkstrom M, Iwase H, Paris W, Hara H, Ezzelarab M, Cooper DKC. Ksenotransplantacija bubrega: eksperimentalni napredak i klinički izgledi. Kidney Int. 2017;91(4): 790–96.

For more information:1950477648nn@gmail.com