Ksenotransplantacija: trenutni izazovi i nova rješenja

Abstract

Kako bi se riješio tekući nedostatak organa dostupnih za zamjenu, pokušana je ksenotransplantacija srca, rožnjače, kože i bubrega. Međutim, glavna prepreka s kojom se suočavaju ksenotransplantati je odbacivanje zbog ciklusa imunoloških reakcija na transplantat. I adaptivni i urođeni imuni sistem doprinose ovom ciklusu, u kojem prirodne ćelije ubice, makrofagi i T-ćelije igraju značajnu ulogu. Dok napredak u polju genetskog uređivanja može zaobići neke od ovih prepreka, biomarkeri za identifikaciju i predviđanje odbacivanja ksenotransplantata tek treba da budu standardizovani. Nekoliko markera T-ćelija, kao što su CD3, CD4 i CD8, korisni su i u dijagnozi i u predviđanju odbacivanja ksenotransplantata. Nadalje, povećanje nivoa različitih cirkulirajućih DNK markera i mikroRNA je također prediktivno odbacivanje ksenotransplantata. U ovom pregledu sumiramo nedavne nalaze o napretku u ksenotransplantaciji, s fokusom na svinju na čovjeka, ulogu imuniteta u odbacivanju ksenotransplantata i njegove biomarkere.

Imuno odbacivanje je prirodna reakcija koja postoji u svakom ljudskom tijelu. To je način na koji se tijelo štiti eliminacijom štetnih stranih tvari. Kada se strane ćelije ili organi transplantiraju u ljudsko tijelo, često se percipiraju kao štetne tvari koje uzrokuju napad imunološkog sistema. Zbog toga se imunološko odbacivanje može suzbiti upotrebom lijekova protiv odbacivanja.

Međutim, naše nedavne studije su pokazale da imuni sistem ne samo da prepoznaje i isključuje ksenogene ćelije, već stvara i dugoročnu odbranu od ovih ksenogenih ćelija. Generisanje ovog odgovora antitela postiže se modulacijom ćelije: ćelijske interakcije i lučenje citokina. Ovi molekuli i ćelije pomažu u smanjenju odbacivanja, a istovremeno jačaju imunitet organizma na ksenotransplantate.

Stoga, ne samo da možemo ublažiti imunološko odbacivanje, već možemo i povećati imunitet stimulacijom imunološkog sistema. Ovo daje nadu za ksenotransplantaciju. Osim toga, možemo koristiti alate za uređivanje gena da promijenimo funkciju imunološkog sistema in vivo, da se bolje prilagodimo transplantaciji ksenogenih ćelija ili organa.

Ukratko, veza između ksenotransplantacije i imuniteta je vrlo bliska. Udubljivanjem u to kako imunološki sistem reaguje, možemo ublažiti imunološko odbacivanje tokom transplantacije i povećati otpornost tijela na strane ćelije ili organe. Ne samo da bi ovo moglo unaprijediti istoriju medicine, već bi moglo vratiti mnoge živote u život. Ovo pokazuje važnost imuniteta za ljudski organizam. Cistanche može značajno poboljšati imunitet jer mesni pepeo sadrži razne biološki aktivne komponente, kao što su polisaharidi, dvije pečurke i Huang Li, koji mogu stimulirati imuni sistem. različite vrste ćelija, povećavajući njihovu imunološku aktivnost.

Kliknite dodatak cistanche deserticola

Ključne riječi

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

Uvod

Produženi životni vijek ljudi u posljednjih nekoliko desetljeća povećao je prevalenciju sve većeg broja kroničnih bolesti1. Sve veća primjena transplantacije organa, posljednjeg sredstva i konačnog liječenja završnog stadijuma zatajenja organa, rezultirala je disparitetom u ponudi i potražnji za takvim organima1. Stoga je ksenotransplantacija postala privlačno rješenje za prevazilaženje ove prepreke2. Američka administracija za hranu i lijekove definira ksenotransplantaciju kao "svaki postupak koji uključuje transplantaciju, implantaciju ili infuziju u čovjeka primaoca ili (a) živih stanica, tkiva ili organa iz neljudskog životinjskog izvora, ili (b) tekućine ljudskog tijela, ćelije, tkiva ili organi koji su imali ex vivo kontakt sa živim neljudskim životinjskim ćelijama, tkivima ili organima"3. Trenutno je prijavljena upotreba ksenotransplantata uglavnom za bubrege, srca, jetru, kožu i rožnicu4.

Svinje su vrsta izbora za uzimanje organa za ksenotransplantaciju, jer imaju anatomski slične organe kao i ljudi i pogodne su za genetsku modifikaciju5. Oni su visoko uzgojeni i često se konzumiraju, otvarajući put etičkoj odluci da se svinjski organi koriste za liječenje ljudskih bolesti. Iako su genetske razlike između ljudi i svinja veće nego kod primata, upotreba organa primata nije održiva iz etičkih razloga i zato što se većina primata smatra ugroženima5. Nadalje, organi primata imaju značajnu šansu da nose viruse koji mogu zaraziti ljude5. Stoga su razvijene tehnike genetskog inženjeringa kako bi se smanjile genetske razlike svinja i ljudi1, utirući put za korištenje organa svinja za ksenotransplantaciju. Zaista, nedavne studije su opisale dva uspješna slučaja transplantacije bubrega od svinja kod pacijenata s moždanom mrtvim6, a druga je prijavila uspješan slučaj transplantacije srca sa svinje na čovjeka7. Ova otkrića označila su veliku prekretnicu na 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 ćelijskog odbacivanja nisu u potpunosti shvaćeni2. Identifikacija mehanizama koji stoje iza ćelijskog odbacivanja u ksenotransplantaciji može biti ključ za duži opstanak ksenotransplantiranih organa. Nadalje, za razliku od alotransplantacije, nedostaju podaci o standardiziranim prediktivnim i dijagnostičkim markerima ksenotransplantacije8, što bi moglo omogućiti pažljivo praćenje ksenotransplantata9. U ovom članku ćemo ukratko pregledati povijest ksenotransplantacije, ksenoantigene koji se predstavljaju kao prepreke i genetske modifikacije za prevazilaženje ovih prepreka. Na kraju ćemo istaknuti ulogu ćelijskog imuniteta koji se aktivira kao odgovor na ksenotransplantaciju i opisati imunološke markere koji se koriste za predviđanje i otkrivanje odbacivanja ksenotransplantata.

Kratka istorija ksenotransplantacije

U 17. stoljeću, prvi prijavljeni slučaj ksenotransplantacije (i transfuzije krvi) ljudima izveo je Jean-Baptiste Denis koji je transfuzirao krv jagnjeta 15-godišnjem mužjaku koji je patio od groznice10. Denis je kasnije nastavio sa transfuzijom krvi od jagnjadi i teladi, ali s promjenjivim ishodima, pa su francuski i engleski parlamenti zabranili transfuziju na nekoliko godina10.

Godine 1838. Sharp-Kissam je izvršio prvu transplantaciju rožnjače implantacijom svinjske rožnjače u oko 35-godišnjaka11. U 19. veku, naučnici su počeli da koriste kožne ksenotransplantate različitih životinja, kao što su svinje, ovce, žabe, golubovi i kokoši, kao biološke obloge12 i transplantacije goveđe embrionalne kože kao zavoje za kožu13.

U 20. veku, Voronoff je pokušao da "podmladi" starije muškarce sprovodeći nekoliko transplantacija testisa šimpanze i babuna14, navodno podižući nivoe energije kod pacijenata. Šezdesetih godina prošlog vijeka Reemtsma je izveo 13 ksenotransplantacija bubrega od čimpanze čovjeku, od kojih je većina propala u roku od 4-8 sedmica zbog odbacivanja ili infekcija, osim jedne koja je trajala 9 mjeseci bez znakova odbacivanja na obdukciji15.

Prvu ksenotransplantaciju srca izveo je Hardy 1964. godine sa srcem čimpanze, koje je bilo premalo i nije uspjelo u roku od nekoliko sati14. Tokom iste ere, Starzl je izveo prve prijavljene ksenotransplantacije jetre s ograničenim uspjehom. Međutim, nakon uvođenja takrolimusa (potentnog imunosupresora), izveo je dvije ksenotransplantacije jetre od pavijana do čovjeka, pri čemu je jedan pacijent preživio 70 dana14,16. Rastuća incidencija dijabetesa tipa -1 i sličnosti između svinjskog i humanog insulina motivisali su razmišljanje o prednostima ksenotransplantacije otočića14. Tako su 1993. Groth et al.17 izveli prvu ksenotransplantaciju otočića od svinje do čovjeka, ali nisu utvrdili nikakvu kliničku korist.

Ksenoantigeni i genetika

Modifikacije

Početni pokušaji ksenotransplantacije od svinje na čovjeka bili su ometeni proizvodnjom antitijela protiv galaktoze-1,3-galaktoze (Gal) antigena18. Otprilike 1 posto prirodnih ljudskih antitijela usmjereno je protiv Gal epitopa i odgovorno je za HAR svinjskih organa prokrvljenih ljudskom krvlju18. Otkriće epitopa Gal kod svinja dovelo je do testiranja njegove ekspresije kod različitih životinjskih vrsta. Godine 1988, Galili i sar.19 su pokazali da se anti-Gal antitijelo vezuje za različite ćelije sisara koji nisu primati, polusvijeta i majmuna Novog svijeta, dok fibroblasti ljudi, majmuna i majmuna starog svijeta nisu ukazivali na Gal ekspresiju.

Napredak u polju genomskog uređivanja je potom doveo do razvoja genetski modificiranih svinja kako bi se prevladalo imunološko odbacivanje1, posebno heterozigotnih Gal-knockout (GKO) svinja 2002. i homozigotnih GKO svinja 2003.20. Eliminacija Gal-a povećala je preživljavanje svinjskih srca kod pavijana tokom 2-6 mjeseci i spriječio je HAR21, ali nije bio dovoljan da u potpunosti izbjegne imunološki sistem6, što je dovelo do identifikacije dva dodatna neGal epitopa kao meta antitijela: NeuGc i SDa22,23. Ova antitijela su možda igrala ključnu ulogu u odbacivanju ksenotransplantata bubrega od svinja sa osiromašenim Gal na ljude6. Adams et al.24 otkrili su da je eliminacija i Gal i SDa gena produžila preživljavanje grafta do 435 dana u transplantaciji od svinje do primata. Zajedno, Gal, NeuGc i SDa antitijela čine više od 95 posto antitijela formiranih protiv ćelija svinja22,25 i mogu predstavljati glavne prepreke za napredak kliničke ksenotransplantacije.

Ipak, nove studije na svinjama s Gal, NeuGc i SDa nokautom otkrile su da koagulopatije izazvane transplantacijom također ometaju uspjeh ksenotransplantacije i da prekomjerna ekspresija regulatornih proteina koagulacije kod životinja donora može riješiti ovaj problem1. Stoga je jedan od glavnih ciljeva genetske modulacije postao regulacija koagulacijske disfunkcije kod primatelja transplantata, kao što je trombomodulin (TBM). Svinjski TBM ne uspijeva uspješno stupiti u interakciju s ljudskim trombinom, što dovodi do stanja prokoagulacije26. Važno je da su Miwa et al.27 otkrili da ekspresija humanog TBM u endotelnim ćelijama svinjske aorte uspješno reguliše koagulaciju u ljudskoj plazmi i inhibira aktivaciju komplementa izazvanu antitijelima. Štaviše, terapija antitijelima u kombinaciji s ekspresijom humanog TBM sprječava humoralno odbacivanje i disregulaciju koagulacije i povećava preživljavanje transplantata preko 900 dana u transplantaciji srca od svinje do babuna28.

Još jedna atraktivna meta kandidata za genetsku modulaciju je endotelni protein-C receptor (EPCR). Iako je EPCR svinja kompatibilan sa humanim proteinom-C26, Iwase et al.29 su otkrili snažnu pozitivnu korelaciju između smanjenja agregacije ljudskih trombocita i ekspresije humanog EPCR-a u endotelnim ćelijama aorte svinje. Konačno, Wheeler i sar.30 su pokazali da ekspresija humanog CD39, koji hidrolizuje ATP i ADP i sprečava stvaranje tromba, sprečava ishemiju/reperfuziju miokarda kod transgenih svinja.

Druge genetske modifikacije se također proučavaju u pokušaju ciljanja na puteve odbacivanja ćelijskog ksenografta (CXR). Na primjer, zbog nekompatibilnosti humanog SIRP-a i svinjskog CD47 (o čemu se govori kasnije u članku), Tena i sar.31 su koristili svinjske hematopoetske ćelije koje eksprimiraju humani CD47, što je značajno povećalo himerizam presađivanja u ljudskoj koštanoj srži. Ekspresija humanog CD47 je također dovela do produženog preživljavanja transplantata svinjske kože na babunima, pri čemu jedan slučaj nije pokazao znakove akutnog odbacivanja tokom 53 dana32. U zaključku, genetske modifikacije su ključne za uspješnu tranziciju ksenotransplantacije u klinička okruženja.

Indukcija tolerancije u ksenotransplantaciji

Primatelji transplantata zahtijevaju kombinaciju intenzivne imunosupresivne terapije, a razni pokušaji smanjenja doze nisu uspjeli33. Stoga su strategije koje izazivaju toleranciju trenutno u razvoju kako bi se produžilo vrijeme preživljavanja transplantata i, na kraju, zaustavila imunosupresivna terapija34. Trenutno je donorska transplantacija timusa najefikasnija metoda postizanja tolerancije u ksenotransplantaciji34. Studije su pokazale produženo vrijeme preživljavanja bubrežnog transplantata od svinje do babuna više od 6 mjeseci nakon transplantacije bubrega i timusa svinje GKO35,36. Kod ljudi, Montgomery et al.6 transplantirali su GKO timus i bubreg svinja dvama pacijentima s moždanom mrtvom; međutim, period praćenja bio je prekratak da bi timus potvrdio svoje efekte. Ipak, timusi su uspjeli revaskularizirati i održati normalnu arhitekturu.

Miješani himerizam koštane srži (MBMW), koji uključuje proizvodnju i donatorskih 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 svinja do miša, repliciranje takvih rezultata bilo je teško u studijama od svinje do primata34,37. Na primjer, Liang i saradnici 38 su pokazali da je samo 10 posto MBMW od svinje do babuna rezultiralo uspješnim presađivanjem, s neuspjehom presađivanja povezanih s povećanim nivoima anti-non-Gal IgG nakon transplantacije. Sve u svemu, potrebne su dalje studije kako bi se utvrdila efikasnost transplantacije timusa i MBMW u izazivanju tolerancije.

Histološki i sistemski ishodi odbacivanja ksenografta

U roku od nekoliko minuta do sati nakon transplantacije grafta, ksenograft se uništava HAR-om, procesom posredovanim već postojećim Gal antitelima1. Vezivanje ovih antitijela dovodi do aktivacije puta komplementa, što uzrokuje lizu endotelnih stanica1. Značajno, iz nepoznatog razloga, efekti smanjenja antitijela i inhibicije komplementa općenito su efikasniji kod transplantacije srca i bubrega nego kod transplantacije pluća i jetre39–41. Za razliku od drugih vrsta odbacivanja, transplantati ne pokazuju nikakvu funkcionalnost kada se podvrgnu HAR39. Histološki, ovaj proces karakterizira masivno krvarenje i taloženje komplementa, imunoglobulina i fibrina 39.

Akutno humoralno odbacivanje ksenotransplantata (AHXR), također poznato kao odloženo odbacivanje ksenotransplantata, može biti pokrenuto prirodnim Gal antitijelima ili antitijelima formiranim nakon senzibilizacije transplantata39. U potonjem slučaju, antitijela mogu biti usmjerena protiv Gal ili ne-Gal antigena, kao što su NeuGc i SDa39. Histološki, ovaj proces liči na HAR; međutim, može biti prisutna nekroza i transmuralna granulocitna infiltracija krvnih sudova 39.

Na kraju, CXR se može pojaviti nakon značajnog vremenskog kašnjenja nakon ksenotransplantacije. Za razliku od HAR i AHXR, hemoragija i taloženje fibrina i imunoglobulina nisu uočeni. Depozicije komplementa se mogu vidjeti, ali su obično niskog intenziteta 39. Mehanizmi na kojima se temelji CXR biće opisani u sljedećem odjeljku.

Sistemski, tri komplikacije karakterišu primaoce ksenotransplantata: bolesti imunološkog kompleksa, koagulopatije i infekcije. Zbog istaknute uloge antitijela u odbacivanju ksenografta, depoziti imunološkog kompleksa mogu se vidjeti u različitim organima primaoca39. Nakon ksenotransplantacije od svinje do pavijana, Holzknecht et al.42 otkrili su naslage pavijana C3 i svinjskog von Willebrand faktora u slezeni i jetri plućnih primaoca. Zanimljivo je da babuni koji su primili svinjska srca i bubrege nisu pokazali takve naslage. Depoziti IgG i IgM štakora također su pronađeni u glomerulima pacova primatelja nakon transplantacije jetre od hrčka na štakora43.

S obzirom na štetnu koagulopatiju uočenu kod primatelja ksenotransplantata, trombotička mikroangiopatija (TMA) može se razviti kao fatalna komplikacija nakon transplantacije koja rezultira trombozom unutar krvnih žila i ishemijskom ozljedom1. Ukratko, primaoci transplantata brzo napreduju u trombocitopeniju, razvijaju šistocite i imaju visok nivo laktat dehidrogenaze44. Sa progresijom TMA, može se razviti sistemska konzumna koagulopatija koja vodi do smrti primaoca45. Međutim, ovaj problem se može riješiti brzom ekscizijom ksenotransplantata, inhibirajući dalju potrošnju faktora koagulacije i poboljšavajući preživljavanje primatelja45.

Konačno, potencijalni prijenos patogena je glavni problem u ksenotransplantaciji. Patogeni svinja se generalno mogu podijeliti u četiri kategorije: patogeni koji inficiraju zdrave ljude, patogeni koji inficiraju primaoce transplantiranih ljudi, patogeni koji nalikuju onima kod primatelja transplantacije ljudi i patogeni specifični za svinje46. Patogeni treće kategorije, kao što su svinjski citomegalovirus (PCMV) i svinjski adenovirus, povezani su sa sindromskim komplikacijama kod primata ksenografta svinja i neljudskih primata46. Na primjer, PCMV je odgovoran za diseminiranu intravaskularnu koagulaciju, hematuriju i smanjeno vrijeme preživljavanja grafta u transplantaciji od svinje do babuna47,48.

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

PERV se integrišu u svinjski genom i mogu se klasifikovati kao PERV-A, PERV-B i PERV-C49. PERV-A i PERV-B prisutni su kod svih vrsta svinja, dok je PERV-C prisutan samo u odabranim vrstama50. Rekombinantni PERV-A/C, koji se odlikuje visokim titarom replikacije, pokazao je sposobnost inficiranja ljudskih ćelija50. Stoga se preporučuje skrining na prisustvo PERV-C i korištenje samo svinja donora bez virusa50. Do danas, nijedna literatura ne opisuje PERV u pretkliničkim modelima od svinje do primata i kliničke transplantacije kod ljudi, ali se inaktivacija virusa može dovršiti korištenjem genetskih modifikacija ako je potrebno49. Zaključno, neophodno je dalje proučavati mehanizme koji zaobilaze fatalne komplikacije TMA i konzumativne koagulopatije i razviti testove skrininga za potencijalne infektivne organizme.

Uloga ćelijskog imuniteta u ksenogenom odbacivanju

Imuni odgovori nakon ksenotransplantacije uključuju i urođeni i imunološki adaptivni sistem1. Iako su glavne ćelije uključene u odbacivanje alografta citotoksični T-limfociti, reakcije ksenografta aktiviraju prvenstveno neutrofile, prirodne ćelije ubice (NK) i makrofage51. Neutrofili brzo infiltriraju i stanične i organske transplantate52,53. Nakon aktivacije, neutrofili oslobađaju neutrofilne ekstracelularne zamke (NET), mrežne strukture koje izazivaju oštećenje stvaranjem reaktivnih oksidativnih vrsta (ROS) i oslobađanjem probavnih enzima2,54,55. Nadalje, makrofagi prepoznaju NET kao molekularne obrasce povezane s oštećenjem (DAMP) koji uzrokuju oslobađanje citokina i inflamatornih markera (slika 1A)54.

Brojne studije su prijavile infiltraciju NK ćelija unutar ksenotransplantata, što ih implicira u odbacivanje ksenografta51,56. Ove ćelije izazivaju odbacivanje bilo direktnom citotoksičnošću ili ćelijskom citotoksičnošću zavisnom od antitijela (ADCC). Direktni put je strogo reguliran stimulirajućim i inhibirajućim receptorima. NK-stimulirajući receptori, kao što su prirodni ubica grupa-2D (NKG2D) i svinjski UL16-vezujući protein-1 (pULBP-1), vezuju se za svinjski ligand NKp44 i neidentificirani molekul, odnosno 57,58, što dovodi do oslobađanja litičkih granula kao što su granzimi i perforin (slika 1B)59. Nasuprot tome, inhibirajući receptori, receptor sličan Ig-u (KIR), Ig-sličan transkript-2 (ILT2) i CD94, ne prepoznaju lako svinjski leukocitni antigen-1 (SLA1), glavnu histokompatibilnost svinja kompleksni-1 molekul, prigušujući NK inhibiciju u ksenograftu58. U ADCC putu, antitela deponovana na površini ćelija ksenotransplantata prepoznaju NK ćelije putem interakcije sa FcRs1. Nakon aktivacije, NK stanice oslobađaju granzime i perforin, što dovodi do apoptoze ciljanih stanica. Nadalje, NK ćelije prepoznaju anti-SLA1 antitela, aktivirajući ADCC put (slika 1C)25.

Makrofagi su također uključeni u odbacivanje ćelijskih transplantata i transplantata organa60. Peterson i sar.61 su pokazali da je ksenogeni Gal direktan ligand za ljudske monocite. Pored toga, imuni kompleksi svinjskih ćelija sa ksenogenim antitelima kao što su anti-Gal antitela vezuju se za Fc receptor (Fc R) i proizvode aktivacioni signal62. Jednom aktivirani, makrofagi doprinose začaranom krugu uništavanja ksenotransplantata, gdje ih aktiviraju T-ćelije i, zauzvrat, aktiviraju više T-ćelija63. Nadalje, makrofagi indukuju direktnu citotoksičnost kroz proizvodnju citokina, kao što su faktor nekroze tumora (TNF)-, interleukin-1 (IL-1) i IL-6 (slika 1D)64 . Što se tiče inhibitorne povratne sprege, signalni regulatorni protein (SIRP-)-CD47 put je važan regulator aktivnosti makrofaga1,65. Pokazalo se da put CD47 reguliše homeostazu eritrocita, trombocita i hematopoetskih matičnih ćelija66. SIRP-a prepoznaje CD47 kao signal "ne jesti", čime se inhibira fagocitna aktivnost65, signal koji koriste ćelije raka da izbjegnu imunološki nadzor. Međutim, Wang et al.67 su prijavili interspeciesnu nekompatibilnost CD47 nakon ksenotransplantacije, što dovodi do neefikasne inhibicije makrofaga.

Kao i kod transplantacije alografta, aktivacija T-ćelija je posredovana u odbacivanju ksenografta putem direktnih i indirektnih puteva1,68. Direktnim putem, interakcije između SLA-1 i -2 kompleksa sa T-ćelijskim receptorima dovode do aktivacije adaptivnog imunološkog odgovora protiv ksenotransplantata (slika 1E)1. U indirektnom putu, prezentacija ksenogenih antigena u stanicama primaocima dovodi do aktivacije CD4 plus T-ćelija, podstičući kaskadu proizvodnje antitijela i aktivacije B-ćelija (slika 1F)1. Konačno, citokini proizvedeni ovim mehanizmom značajno povećavaju citotoksičnost NK ćelija i makrofaga69.

Kao što je gore spomenuto, B-ćelije igraju ulogu u odbacivanju ksenografta. Smanjenje B-ćelija povećalo je vrijeme preživljavanja za 8 mjeseci nakon transplantacije srca sa svinje na babune, što ukazuje na značajnu ulogu B-ćelija u odbacivanju ksenotransplantata, konkretno, odgođeno odbacivanje ksenotransplantata70. B-ćelije proizvode anti-Gal antitelo koje cilja na Gal antigene eksprimirane u tkivima svinja71 i vezuje se za njegov antigen, što dovodi do formiranja kompleksa. Zaista, iscrpljivanje anti-Gal antitijela dovodi do povoljnijih ishoda, dodatno implicirajući B-ćelije u odbacivanju ksenotransplantata71–73. Fenotipske karakteristike subpopulacija B-ćelija koje proizvode anti-Gal antitijela kod ljudi nisu identificirane 72. Jedna studija je pokazala da B-ćelije slezene proizvode anti-Gal antitijela, dok peritonealne B-ćelije ne, iako eksprimiraju anti-Gal antitijela. -Gal receptori 73. Konačno, i urođeni i adaptivni imuni sistem igraju značajnu ulogu u odbacivanju ksenotransplantata.

Biomarkeri odbacivanja ksenotransplantata

Nedostatak standardizacije među metodama koje se koriste za praćenje odbacivanja ksenotransplantata pokreće ključnu potrebu da se identifikuju markeri koji se mogu koristiti za dijagnosticiranje i predviđanje odbacivanja8. Kao što je navedeno u Tabeli 1, Montgomery i saradnici 6 su uočili fokalno taloženje C4d 54 sata nakon transplantacije bubrega od svinje na čovjeka, ali bez drugih značajnih histoloških ili imunoloških indikacija povrede posredovane antitijelima. Zhou i saradnici 8 su također otkrili da su CD68 plus makrofagi i neke CD3 plus T-ćelije infiltrirane ksenotransplantate u modelima od svinja do miša 3. dan nakon transplantacije.

S obzirom da su NK ćelije glavni tip infiltrirajućih ćelija identifikovanih u ksenotransplantatu51,56,81, Lin et al.74 koristili su markere kao što su NK1.1 i DX5 da identifikuju NK ćelije u modelima od svinja do miša. Koristeći modifikovani ADCC test, Chen i saradnici 76 su otkrili da su mRNA i protein sličnih receptora-2 (TLR2) takođe povećani u endotelnim ćelijama ilijačne arterije svinje nakon izlaganja ljudskom serumu. Nadalje, nivoi svinjskih proinflamatornih hemokina CCL2 i CXCL8 također su se povećali putem TLR2-posredovanog puta76. Ovi nalazi sugeriraju da blokada TLR2 može produžiti preživljavanje ksenotransplantata.

Biopsije grafta mogu uzrokovati infekciju, ožiljke ili inducirati odbacivanje putem imunološke aktivacije nakon ozljede75. Stoga je važno identificirati neinvazivne markere odbacivanja za primjenu u kliničkoj ksenotransplantaciji. Montgomery et al.6 otkrili su IgM i IgG antitijela usmjerena protiv ne- -Gal antigena u serumima pacijenata sa transplantiranim bubregom od svinje na čovjeka. Budući da je IgM ograničen na vaskularni prostor, njegovo uklanjanje putem plazmafereze može se, teoretski, uključiti u buduća ispitivanja ksenotransplantacije koja uključuju ljude6.

Cirkulirajuća DNK se oslobađa nakon stanične smrti ili apoptoze, što se smatra klasičnim nalazima u ksenotransplantaciji8. Oslobađanje cirkulirajuće svinjske specifične DNK (cDNA) odražava infiltraciju imunih ćelija u transplantatu i prethodi proizvodnji anti-svinjskih IgM/IgG antitijela u modelima svinja-miš8. Nadalje, cpsDNA je također dala uporedive rezultate kod majmuna, sugerirajući potencijalnu izvodljivost u kliničkim okruženjima8. Slično, nivoi DNK bez ćelija (cfDNA) takođe koreliraju s ozljedom tkiva u modelima ksenografta 77.

Iako podaci o mikroRNA specifičnim za organ (miRNA) u ksenotransplantatima ostaju ograničeni, oni su pokazali obećavajuću upotrebu kao biomarkeri odbacivanja78. U modelu akutnog zatajenja jetre kod svinja, bili su povezani nivoi različitih miRNA dobijenih od svinja u plazmi, uključujući ssc-miR-122, ssc-miR-192 i ssc-miR-124-1 sa povredom jetre, bubrega i mozga, respektivno82. Većina miRNA je sačuvana među vrstama, što ograničava njihovu upotrebu u polju ksenotransplantacije78,83. Međutim, neke miRNA, kao što je SSC-miR-199 b, specifična za svinje, mogle bi biti korisne jer se mogu razlikovati od svojih ljudskih kolega i eksprimirati u jetri, srcu i plućima78.

Jedna studija je također primijetila povećane nivoe miR-146a i miR-155 kod srčanih ksenotransplantata i procijenila učinak imunosupresivnog tretmana na njihovu ekspresiju u modelima srčanih ksenotransplantata od miša do pacova. U poređenju sa imunosupresivnim životinjama, Zhao et al.79 su otkrili značajno smanjenje nivoa miR-146a i povećanje ekspresije miR-155, promjene koje dovode do proinflamatornog stanja kod primalaca. Značajno je da miR-146a igra ulogu u inhibiciji upalnih stanja ciljajući različite NF-κB puteve84, a miRNA-155 je također prijavljeno kao promotor ekspresije TNF-a85. Zajedno, ovi nalazi mogu pružiti uvid u potencijalnu upotrebu miRNA kao biomarkera i mete imunoterapije koja interferira s RNK.

Nedavna studija na neljudskim primatima također je izvijestila o povišenim razinama C3 u očnoj vodici prije odbijanja80. Konačno, visoki omjeri CD4 plus/CD8 plus krvnih stanica su u korelaciji sa kraćim vremenom preživljavanja transplantata u transplantaciji otočića od svinje do neljudskih86. Međutim, potrebne su dalje studije kako bi se procijenila osjetljivost i specifičnost bilo kojeg predloženog markera.

Zaključak

U svjetlu nedavne nestašice organa, ksenotransplantacija bi mogla pružiti prijeko potrebno rješenje za pacijente kojima je potrebna transplantacija organa. Istorijski gledano, glavna prepreka sa kojom se suočavala ksenotransplantacija iz izvora svinja bilo je prisustvo Gal epitopa. Međutim, genetska modulacija je omogućila razvoj modela svinja bez ovog epitopa. Ovaj napredak je produžio preživljavanje ksenotransplantata kod ljudi i osvetlio druge epitope, kao što su NeuGc i SDa, koji izazivaju imunološko odbacivanje. Stoga su studije usmjerene na identifikaciju imunoloških mehanizama koji dovode do odbacivanja. NK ćelije, makrofagi i T-ćelije identifikovane su kao ključni igrači u ključnoj ulozi imunog sistema u odbacivanju ksenografta

Nadalje, metode koje se koriste za identifikaciju odbacivanja ksenotransplantata temelje se na onima koje se koriste u alotransplantaciji zbog nedostatka standardizacije. Markeri T-ćelija, kao što su CD3, CD4 i CD8, izgledaju obećavajući kao prediktivni i dijagnostički markeri odbacivanja. Markeri ćelijske povrede, kao što su cpsDNA i cfDNA, takođe su identifikovani kao rani prediktivni biomarkeri odbacivanja. Različite miRNA su također prepoznate kao markeri odbacivanja i moguće mete za razvoj novih strategija imunoterapije. Konačno, detekcija ne- -Gal IgG i IgM antitijela je nedavno korištena kao marker za odbacivanje transplantacije bubrega od svinje do čovjeka. S obzirom na nedavni napredak u ovoj oblasti, ksenotransplantacija bi u konačnici mogla postati održiva klinička opcija. Ipak, potreban je dalji napredak da bi se prevazišle komplikacije TMA i konzumne koagulopatije. Nadalje, potrebno je više studija kako bi se uporedili različiti markeri i identificirali markeri odbacivanja "zlatnog standarda" u ksenotransplantaciji.

Etičko odobrenje

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

Izjava o ljudskim i životinjskim pravima

Ova studija nije uključivala ljude ili životinje.

Izjava o informiranom pristanku

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

Izjava o sukobu interesa

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

Finansiranje

Autor(i) su otkrili da su primili sljedeću finansijsku podršku za istraživanje, autorstvo i/ili objavljivanje ovog članka: Ovaj rad je djelimično podržan brojkama NIH grantova: DK120292, DK122734, HL158691 i AG062104.

Reference

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 ćelijski imuni odgovor u ksenotransplantaciji. Front Immunol. 2022;13:858604.

3. Američka uprava za hranu i lijekove. Ksenotransplantacija. 2021. Pristupljeno 21. juna 2022. https://www.fda.gov/vaccinesblood-biologics/xenotransplantation

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

5. Groth CG. Potencijalne prednosti transplantacije organa sa svinje na čovjeka: pogled transplantacijskog hirurga. Indijanac 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 od svinje u 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. Cirkulirajući DNK specifičan za svinje kao novi biomarker za praćenje odbacivanja ksenotransplantata. 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 kod čovjeka. Arch Ophthalmol. 1963;70:870–72.

12. Cooper DKC, Ekser B, Tector AJ. Kratka istorija 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 embriona goveda. Transplant Bull. 1957; 4(1): 25–26.

14. Cooper DKC. Kratka istorija 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