Ksenotransplantacija: trenutni izzivi in ​​nastajajoče rešitve

Povzetek

Da bi odpravili stalno pomanjkanje organov, ki so na voljo za zamenjavo, so poskusili s ksenotransplantacijo srca, roženice, kože in ledvic. Vendar pa je glavna ovira, s katero se soočajo ksenotransplantati, zavrnitev zaradi cikla imunskih reakcij na presadek. Tako adaptivni kot prirojeni imunski sistem prispevata k temu ciklu, v katerem igrajo pomembno vlogo naravne celice ubijalke, makrofagi in T-celice. Medtem ko lahko napredek na področju genskega urejanja zaobide nekatere od teh ovir, je treba biomarkerje za prepoznavanje in napovedovanje zavrnitve ksenografta še standardizirati. Več markerjev T-celic, kot so CD3, CD4 in CD8, je uporabnih tako pri diagnozi kot pri napovedi zavrnitve ksenografta. Poleg tega zvišanje ravni različnih krožečih markerjev DNA in mikroRNA napoveduje tudi zavrnitev ksenografta. V tem pregledu povzemamo nedavne ugotovitve o napredku pri ksenotransplantaciji s poudarkom na prašičih na človeka, vlogi imunosti pri zavrnitvi ksenotransplantata in njegovih biomarkerjih.

Ksenotransplantacija se nanaša na presaditev bioloških tkiv ali organov iz ene vrste v drugo. Pogosti primeri vključujejo človeško presaditev srca in ledvic živali, kot so prašiči in opice. Vendar se ksenotransplantacija pogosto sooča s problemom imunske zavrnitve, kar pomeni, da bo imunski sistem telesa napadel in ubil tkiva in organe iz tujih virov, kar bo povzročilo neuspeh presadka.

Za rešitev tega problema znanstveniki nenehno raziskujejo nove načine za izboljšanje stopnje preživetja presajenih predmetov. Eden od pristopov je uporaba imunosupresivov za preprečitev, da bi imunski sistem telesa napadel ksenograft. Ta vrsta imunosupresivov lahko zavre imunske celice, kot so celice T v človeškem imunskem sistemu, in tako zmanjša napad na presajeno telo.

Poleg tega poskušajo znanstveniki uporabiti tudi tehnologijo za urejanje genov za ustvarjanje specifičnih živalskih modelov, kot so prašiči in opice, ki proizvajajo manj molekul celične površine, ki povzročajo imunsko zavrnitev, s čimer se zmanjša verjetnost, da bi imunski sistem telesa napadel ksenografte.

Čeprav se ksenotransplantacija še vedno sooča s številnimi izzivi, na splošno nenehen napredek sodobne medicinske tehnologije ponuja nove možnosti za premagovanje teh težav. Prihodnje raziskave in praksa bodo še naprej spodbujale napredek in razvoj tehnologije človeške ksenotransplantacije, kar bo več ljudem zagotavljalo upanje in priložnosti za ponovno rojstvo. S tega vidika moramo izboljšati imuniteto. Cistanche lahko bistveno izboljša imuniteto, ker mesni pepel vsebuje različne biološko aktivne sestavine, kot so polisaharidi, dve gobi in Huangli itd. Te sestavine lahko stimulirajo imunski sistem. Različne vrste celic povečajo svojo imunsko aktivnost.

Kliknite zdravstvene koristi cistanche

Ključne besede

Ksenotransplantacija, imunska zavrnitev, diagnostični biomarkerji, napovedni biomarkerji, genetsko urejanje, ksenoantigeni, indukcija tolerance.

Uvod

Izboljšana pričakovana življenjska doba ljudi v zadnjih desetletjih je povečala razširjenost vse večjega števila kroničnih bolezni1. Vse pogostejša uporaba presajanja organov, zadnje možnosti in dokončnega zdravljenja končne odpovedi organov, je povzročila razlike v ponudbi in povpraševanju po takih organih1.

Zato je ksenotransplantacija postala privlačna rešitev za premagovanje te ovire2. Ameriška uprava za hrano in zdravila opredeljuje ksenotransplantacijo kot "vsak postopek, ki vključuje presaditev, implantacijo ali infuzijo v človeškega prejemnika bodisi (a) živih celic, tkiv ali organov iz nečloveškega živalskega izvora, bodisi (b) človeških telesnih tekočin, celice, tkiva ali organi, ki so imeli ex vivo stik z živimi nečloveškimi živalskimi celicami, tkivi ali organi"3. Trenutno so poročali o uporabi ksenotransplantatov predvsem za ledvice, srca, jetra, kožo in roženico4.

Prašiči so izbrana vrsta za pridobivanje organov za ksenotransplantacijo, saj imajo anatomsko podobne organe kot ljudje in so primerni za gensko spreminjanje.

Zelo jih gojijo in pogosto zaužijejo, kar je omogočilo etično odločitev o uporabi prašičjih organov za zdravljenje človeških bolezni. Čeprav so genetske razlike med ljudmi in prašiči večje kot pri primatih, uporaba organov primatov zaradi etičnih razlogov in ker večina primatov velja za ogrožene, ni trajnostna.

Poleg tega imajo organi primatov precejšnje možnosti prenašanja virusov, ki lahko okužijo ljudi5. Zato so bile razvite tehnike genskega inženiringa za zmanjšanje prašičjih in človeških genetskih razlik1, s čimer se tlakuje pot za uporabo prašičjih organov za ksenotransplantacije. Nedavne študije so dejansko opisale dva uspešna primera presaditve ledvic prašičev pri možgansko mrtvih bolnikih6, druga pa je poročala o uspešnem primeru presaditve srca s prašiča na človeka7. Ti preboji so pomenili velik mejnik na področju ksenotransplantacije.

Glavna ovira pri ksenotransplantacijah so imunološke reakcije. Čeprav je mehanizem za hiperakutno zavrnitvijo (HAR) v ksenotransplantatu dobro definiran, mehanizmi akutne celične zavrnitve niso popolnoma razumljeni2. Identifikacija mehanizmov za celično zavrnitvijo pri ksenotransplantaciji je lahko ključ do daljšega preživetja ksenotransplantiranih organov. Poleg tega za razliko od alotransplantacije primanjkuje podatkov o standardiziranih napovednih in diagnostičnih označevalcih ksenotransplantacije8, kar bi lahko omogočilo natančno spremljanje ksenotransplantatov9.

V tem članku bomo na kratko pregledali zgodovino ksenotransplantacije, ksenoantigenov, ki predstavljajo ovire, in genskih sprememb za premagovanje teh ovir. Nazadnje bomo poudarili vlogo celične imunosti, ki se aktivira kot odziv na ksenotransplantacijo, in opisali imunske markerje, ki se uporabljajo za napovedovanje in odkrivanje zavrnitve ksenotransplantata.

Kratka zgodovina ksenotransplantacije

V 17. stoletju je prvi prijavljeni primer ksenotransplantacije (in transfuzije krvi) pri ljudeh izvedel Jean-Baptiste Denis, ki je 15-letnemu moškemu, ki je imel vročino, transfuziral kri jagnjeta10. Denis je nato nadaljeval s transfuzijo krvi jagnjet in telet, vendar s spremenljivimi izidi, zato sta francoski in angleški parlament prepovedala transfuzije za nekaj prihodnjih let10.

Leta 1838 je Sharp-Kissam izvedel prvo presaditev roženice z vsaditvijo prašičje roženice v oko 35-letnega moškega11. V 19. stoletju so znanstveniki začeli uporabljati ksenotransplantate kože različnih živali, kot so prašiči, ovce, žabe, golobi in kokoši, kot biološke obloge12 in kožne presadke govejih zarodkov kot kožne obloge13.

V 20. stoletju je Voronoff poskušal "pomladiti" starejše moške z izvedbo več presaditev testisov šimpanzov in pavijanov14, s čimer naj bi zvišal raven energije pri bolnikih. V šestdesetih letih 20. stoletja je Reemtsma izvedel 13 ksenotransplantacij ledvic šimpanza na človeka, od katerih je večina propadla v 4–8 tednih zaradi zavrnitve ali okužb, razen ene, ki je trajala 9 mesecev brez znakov zavrnitve na obdukciji15.

Prvo ksenotransplantacijo srca je leta 1964 izvedel Hardy s srcem šimpanza, ki je bilo premajhno in je odpovedalo v nekaj urah14. V istem obdobju je Starzl izvedel prve poročane ksenotransplantacije jeter z omejenim uspehom. Vendar pa je po uvedbi takrolimusa (močnega imunosupresorja) opravil dve ksenotransplantaciji jeter pavijana na človeka, pri čemer je en bolnik preživel 70 dni14,16. Naraščajoča pojavnost sladkorne bolezni tipa -1 in podobnosti med prašičjim in človeškim insulinom so spodbudili razmišljanje o koristih ksenotransplantacije otočkov14. Tako so leta 1993 Groth et al.17 izvedli prvo ksenotransplantacijo otočkov s prašiča na človeka, vendar niso odkrili nobene klinične koristi.

Ksenoantigeni in genetika

Spremembe

Začetne poskuse ksenotransplantacij s prašičev na človeka je ovirala proizvodnja protiteles proti antigenu galaktoze-1,3-galaktoze (Gal)18. Približno 1 odstotek naravno prisotnih človeških protiteles je usmerjenih proti epitopu Gal in so odgovorni za HAR organov prašičev, prekrvavljenih s človeško krvjo18. Odkritje epitopa Gal pri prašičih je privedlo do testiranja njegovega izražanja pri različnih živalskih vrstah. Leta 1988 so Galili et al.19 dokazali, da se protitelesa proti Gal vežejo na različne jedrne celice sesalcev brez primatov, prosimijev in opic novega sveta, medtem ko fibroblasti ljudi, opic in opic starega sveta niso pokazali ekspresije Gal.

Napredek na področju urejanja genoma je nato privedel do razvoja gensko spremenjenih prašičev za premagovanje imunske zavrnitve1, predvsem heterozigotnih prašičev z izločanjem GAL (GKO) leta 2002 in homozigotnih prašičev GKO leta 200320. Izločitev Gala je povečala preživetje prašičja srca pri pavijanih 2–6 mesecev in preprečil HAR21, vendar ni bil zadosten, da bi se popolnoma izognil imunskemu sistemu6, kar je privedlo do identifikacije dveh dodatnih ne-Gal epitopov kot tarč protiteles: NeuGc in SDa22,23. Ta protitelesa so morda igrala ključno vlogo pri zavrnitvi ksenotransplantata ledvic iz prašičev, osiromašenih z Gal, na ljudi6. Adams et al.24 so ugotovili, da je izločitev genov Gal in SDa podaljšala preživetje presadka do 435 dni pri presaditvah s prašičev na primate. Protitelesa Gal, NeuGc in SDa skupaj predstavljajo več kot 95 odstotkov protiteles, ki nastanejo proti prašičjim celicam 22, 25, in lahko predstavljajo glavne ovire za napredek klinične ksenotransplantacije.

Kljub temu so nastajajoče študije pri prašičih z izločitvijo Gal, NeuGc in SDa pokazale, da koagulopatije, ki jih povzroči presaditev, prav tako ovirajo uspeh ksenotransplantacije in da lahko prekomerna ekspresija človeških regulativnih beljakovin za strjevanje pri živalskih darovalcih reši to težavo1. Zato je eden od glavnih ciljev genetske modulacije postal uravnavanje koagulacijske disfunkcije pri prejemnikih presadka, kot je trombomodulin (TBM). Prašičji TBM ne uspe uspešno komunicirati s človeškim trombinom, kar vodi do prokoagulacijskega stanja26. Pomembno je, da je Miwa et al.27 ugotovil, da izražanje človeškega TBM v endotelijskih celicah aorte prašičev uspešno uravnava koagulacijo v človeški plazmi in zavira aktivacijo komplementa, ki jo povzročajo protitelesa. Poleg tega terapija s protitelesi v kombinaciji z izražanjem človeškega TBM preprečuje humoralno zavrnitev in koagulacijsko disregulacijo ter poveča preživetje presadka po več kot 900 dneh pri presaditvi srca s prašiča na pavijan28.

Druga privlačna kandidatna tarča za genetsko modulacijo je endotelijski protein-C receptor (EPCR). Čeprav je prašičji EPCR združljiv s človeškim proteinom-C26, so Iwase et al.29 ugotovili močno pozitivno korelacijo med zmanjšanjem agregacije človeških trombocitov in izražanjem človeškega EPCR v endotelijskih celicah aorte prašičev. Nazadnje so Wheeler et al.30 pokazali, da izražanje človeškega CD39, ki hidrolizira ATP in ADP ter preprečuje nastajanje trombov, preprečuje miokardialno ishemijo/reperfuzijsko poškodbo pri transgenih prašičih.

Druge genetske modifikacije se preučujejo tudi v poskusu ciljanja na poti zavrnitve celičnega ksenotransplantata (CXR). Na primer, zaradi nezdružljivosti človeškega SIRP- in prašičjega CD47 (o katerem bomo razpravljali kasneje v članku) so Tena et al.31 uporabili prašičje hematopoetske celice, ki izražajo človeški CD47, kar je znatno povečalo himerizem presadka v človeškem kostnem mozgu. Izražanje človeškega CD47 je vodilo tudi do podaljšanega preživetja presadkov prašičje kože na pavijanih, pri čemer en primer ni kazal znakov akutne zavrnitve 53 dni32. Skratka, genetske spremembe so ključne za uspešen prehod ksenotransplantacije v klinična okolja.

Indukcija tolerance pri ksenotransplantaciji

Prejemniki presadka potrebujejo kombinacijo intenzivne imunosupresivne terapije in različni poskusi zmanjšanja odmerka so bili neuspešni33. Zato se trenutno razvijajo strategije za spodbujanje tolerance za podaljšanje časa preživetja presadka in sčasoma za prekinitev imunosupresivne terapije34. Trenutno je presaditev timusa darovalca najučinkovitejša metoda za doseganje tolerance pri ksenotransplantaciji34. Študije so pokazale podaljšan čas preživetja ledvičnega presadka od prašiča do pavijana več kot 6 mesecev po presaditvi GKO prašičje ledvice in timusa35,36. Pri ljudeh so Montgomery et al.6 presadili prašičji timus in ledvico GKO v dva možgansko mrtva bolnika; vendar je bilo obdobje spremljanja prekratko, da bi timus lahko uveljavil svoje učinke. Kljub temu so se timusi lahko revaskularizirali in ohranili normalno arhitekturo.

Mešani himerizem kostnega mozga (MBMW), ki vključuje proizvodnjo matičnih celic darovalca in lastnih hematopoetskih matičnih celic s strani prejemnika po shemah presaditve nemieloablativnih matičnih celic, je omogočil alogenske presaditve ne glede na ovire HLA34. Čeprav je MBMW uspešen pri modelih od prašiča do miši, je bilo posnemanje takih rezultatov težko v študijah od prašiča do primata 34, 37. Na primer, Liang et al.38 je dokazal, da je samo 10 odstotkov MBMW s prašičev na pavijan povzročilo uspešno presaditev, pri čemer je bila neuspeh presaditve povezana s povečanimi ravnmi anti-non-Gal IgG po presaditvi. Na splošno so potrebne nadaljnje študije za določitev učinkovitosti presaditve timusa in MBMW pri spodbujanju tolerance.

Histološki in sistemski izidi zavrnitve ksenotransplantata

V nekaj minutah do urah po presaditvi presadka ksenograft uniči HAR, proces, ki ga posredujejo že obstoječa protitelesa Gal1. Vezava teh protiteles vodi do aktivacije poti komplementa, kar povzroči lizo endotelijskih celic1. Predvsem iz neznanega razloga so učinki izčrpavanja protiteles in zaviranja komplementa na splošno učinkovitejši pri presaditvah srca in ledvic kot pri presaditvah pljuč in jeter39–41. Za razliko od drugih vrst zavrnitve presadki ne pokažejo nobene funkcionalnosti, ko so podvrženi HAR39. Histološko je za ta proces značilna obsežna krvavitev in odlaganje komplementa, imunoglobulina in fibrina 39.

Akutno humoralno zavrnitev ksenografta (AHXR), znano tudi kot zapoznela zavrnitev ksenografta, lahko sprožijo naravno prisotna protitelesa Gal ali protitelesa, ki nastanejo po senzibilizaciji s presadkom39. V slednjem primeru so lahko protitelesa usmerjena proti antigenom Gal ali ne-Gal, kot sta NeuGc in SDa39. Histološko je ta proces podoben HAR; lahko pa sta prisotni nekroza in transmuralna granulocitna infiltracija krvnih žil39

Nazadnje, CXR se lahko pojavi po znatnem časovnem zamiku po ksenotransplantaciji. V nasprotju s HAR in AHXR krvavitve ter odlaganja fibrina in imunoglobulina niso opazili. Odlaganje komplementa je mogoče opaziti, vendar je običajno nizke intenzivnosti 39. Mehanizmi, na katerih temelji CXR, bodo opisani v naslednjem razdelku.

Sistemsko so za prejemnike ksenografta značilni trije zapleti: bolezni imunskega kompleksa, koagulopatije in okužbe. Zaradi pomembne vloge protiteles pri zavrnitvi ksenotransplantata lahko v različnih prejemnih organih opazimo usedline imunskega kompleksa39. Po ksenotransplantaciji s prašiča na pavijana so Holzknecht et al.42 odkrili depozite pavijanskega C3 in prašičjega von Willebrandovega faktorja v vranici in jetrih prejemnikov pljuč. Zanimivo je, da pavijani, ki so prejeli prašičja srca in ledvice, niso pokazali takšnih usedlin. Depoziti podganjih IgG in IgM so bili odkriti tudi v glomerulih prejemnih podgan po presaditvi jeter s hrčka na podgano43.

Glede na neželeno koagulopatijo, opaženo pri prejemnikih ksenotransplantatov, se lahko trombotična mikroangiopatija (TMA) razvije kot smrtni zaplet po presaditvi, ki povzroči trombozo v žilah in ishemično poškodbo1. Na kratko, prejemniki presadka hitro napredujejo v trombocitopenijo, razvijejo shistocite in imajo visoke ravni laktat dehidrogenaze44. Z napredovanjem TMA se lahko razvije sistemska potrošniška koagulopatija, ki povzroči smrt prejemnika45. Vendar pa je to težavo mogoče rešiti s hitrim izrezom ksenotransplantata, ki zavira nadaljnjo porabo koagulacijskih faktorjev in izboljša preživetje prejemnika45.

Nazadnje, potencialni prenos patogenov je glavna skrb pri ksenotransplantaciji. Prašičje patogene lahko na splošno razdelimo v štiri kategorije: patogene, ki okužijo zdrave ljudi, patogene, ki okužijo prejemnike človeških presadkov, patogene, ki spominjajo na tiste pri prejemnikih človeških presadkov, in patogene, specifične za prašiče46. Patogeni tretje kategorije, kot sta prašičji citomegalovirus (PCMV) in prašičji adenovirus, so bili povezani s sindromskimi zapleti pri prejemnikih ksenotransplantatov prašičev in primatov razen človeka46. Na primer, PCMV je odgovoren za diseminirano intravaskularno koagulacijo, hematurijo in zmanjšan čas preživetja presadka pri presaditvah prašičev na pavijane 47, 48.

Patogeni, specifični za prašiče, kot so prašičji endogeni retrovirusi (PERV), so vse bolj zaskrbljujoče področje zaradi možnega tveganja tihega prenosa in genskih sprememb46.

PERV se integrirajo v prašičji genom in jih je mogoče razvrstiti kot PERV-A, PERV-B in PERV-C49. PERV-A in PERV-B sta prisotna pri vseh vrstah prašičev, medtem ko je PERV-C prisoten samo pri izbranih vrstah50. Rekombinantni PERV-A/C, za katerega je značilen visok titer replikacije, je pokazal sposobnost okužbe človeških celic50. Zato je priporočljivo preveriti prisotnost PERV-C in uporabiti le prašiče darovalce, ki niso okuženi z virusom50. Do danes nobena literatura ne opisuje PERV v predkliničnih modelih prašičev in primatov in kliničnih presaditev pri ljudeh, vendar se lahko inaktivacija virusov dokonča z uporabo genskih sprememb, če je potrebno49. Skratka, bistveno je nadaljnje preučevanje mehanizmov, ki obidejo usodne zaplete TMA in potrošniške koagulopatije, ter razviti presejalne teste za potencialne infektivne organizme.

Vloga celične imunosti pri ksenogenski zavrnitvi

Imunski odzivi po ksenotransplantaciji vključujejo tako prirojeni kot imunski adaptivni sistem1. Čeprav so glavne celice, ki sodelujejo pri zavrnitvi alogenskega presadka, citotoksični T-limfociti, reakcije ksenografta aktivirajo predvsem nevtrofile, naravne celice ubijalke (NK) in makrofage51. Nevtrofilci se hitro infiltrirajo v celične in organske presadke52,53. Po aktivaciji nevtrofilci sprostijo zunajcelične pasti nevtrofilcev (NET), mrežne strukture, ki povzročajo poškodbe z nastajanjem reaktivnih oksidativnih vrst (ROS) in sproščanjem prebavnih encimov 2,54,55. Poleg tega makrofagi prepoznajo NET kot molekularne vzorce, povezane s poškodbami (DAMP), ki povzročajo sproščanje citokinov in vnetnih markerjev (slika 1A)54.

Številne študije so poročale o infiltraciji NK celic znotraj ksenograftov, kar nakazuje na zavrnitev ksenograftov 51,56. Te celice inducirajo zavrnitev z neposredno citotoksičnostjo ali protitelesno odvisno celično citotoksičnostjo (ADCC). Neposredna pot je strogo regulirana s stimulirajočimi in zaviralnimi receptorji. NK-stimulirajoči receptorji, kot sta naravna ubijalska skupina-2D (NKG2D) in prašičji UL16-vezavni protein-1 (pULBP-1), se vežejo na prašičji ligand NKp44 in neidentificirano molekulo 57, 58, kar vodi do sproščanja litičnih granul, kot so granzimi in perforin (slika 1B) 59.

Nasprotno pa zaviralni receptorji, ubijalski Ig-podobni receptor (KIR), Ig-podobni transkript-2 (ILT2) in CD94, ne prepoznajo zlahka prašičjega levkocitnega antigena-1 (SLA1), glavne histokompatibilnosti prašičev kompleksna-1 molekula, ki duši inhibicijo NK v ksenograftih58. Na poti ADCC protitelesa, odložena na površini celic ksenografta, prepoznajo NK celice prek interakcij s FcRs1. Po aktivaciji NK celice sprostijo granzime in perforin, kar vodi do apoptoze tarčnih celic. Poleg tega celice NK prepoznajo protitelesa proti SLA1 in aktivirajo pot ADCC (slika 1C)25.

Makrofagi so bili vpleteni tudi v zavrnitev celičnih presadkov in presadkov organov60. Peterson et al.61 so pokazali, da je ksenogenski Gal neposredni ligand za človeške monocite. Poleg tega se imunski kompleksi prašičjih celic s ksenogenskimi protitelesi, kot so protitelesa proti Gal, vežejo na receptor Fc (Fc R) in proizvedejo aktivacijski signal62. Ko so enkrat aktivirani, makrofagi prispevajo k začaranemu krogu uničenja ksenografta, kjer jih aktivirajo T-celice in posledično aktivirajo več T-celic63. Poleg tega makrofagi inducirajo neposredno citotoksičnost s proizvodnjo citokinov, kot so faktor tumorske nekroze (TNF), interlevkin-1 (IL-1) in IL-6 (slika 1D)64 . Kar zadeva zaviralno povratno informacijo, je pot signalizirajočega regulatornega proteina (SIRP-)-CD47 pomemben regulator aktivnosti makrofagov 1,65. Pokazalo se je, da pot CD47 uravnava homeostazo eritrocitov, trombocitov in hematopoetskih matičnih celic66. SIRP-a prepozna CD47 kot signal "ne jej" in tako zavira fagocitno aktivnost65, signal, ki ga uporabljajo rakave celice, da se izognejo imunskemu nadzoru. Vendar pa so Wang et al.67 poročali o medvrstni nezdružljivosti CD47 po ksenotransplantaciji, kar vodi v neučinkovito inhibicijo makrofagov.

Tako kot pri presaditvi alografta je aktivacija T-celic posredovana pri zavrnitvi ksenografta prek neposrednih in posrednih poti 1,68. Po neposredni poti vodijo interakcije med kompleksoma SLA-1 in -2 z receptorji T-celic do aktivacije adaptivnega imunskega odziva proti ksenotransplantatu (slika 1E)1. Pri posredni poti predstavitev ksenogenskih antigenov s prejemnimi celicami vodi do aktivacije CD4 in T-celic, kar sproži kaskado proizvodnje protiteles in aktivacijo B-celic (slika 1F)1. Nazadnje, citokini, proizvedeni s tem mehanizmom, znatno povečajo citotoksičnost NK celic in makrofagov69.

Kot je navedeno zgoraj, imajo B-celice vlogo pri zavrnitvi ksenograftov. Izčrpanje B-celic je podaljšalo čas preživetja za 8 mesecev po presaditvi srca s prašičev na pavijane, kar kaže na pomembno vlogo B-celic pri zavrnitvi ksenotransplantata, natančneje zapoznelo zavrnitev ksenotransplantata70. B-celice proizvajajo protitelo proti Gal, ki cilja na antigene Gal, izražene v prašičjih tkivih71, in se veže na njegov antigen, kar vodi do tvorbe kompleksa. Dejansko izčrpavanje protiteles proti Gal vodi do ugodnejših izidov, kar še dodatno vpliva na B-celice pri zavračanju ksenotransplantatov71–73. Fenotipske značilnosti subpopulacij celic B, ki proizvajajo protitelesa proti Gal, pri ljudeh niso identificirane 72. Ena študija je pokazala, da celice B vranice proizvajajo protitelesa proti Gal, medtem ko jih peritonealne celice B ne, čeprav izražajo antitelesa -Gal receptorji 73. Končno imata tako prirojeni kot adaptivni imunski sistem pomembno vlogo pri zavrnitvi ksenotransplantata.

Biomarkerji zavrnitve ksenotransplantata

Pomanjkanje standardizacije med metodami, ki se uporabljajo za spremljanje zavrnitve ksenografta, povzroča ključno potrebo po identifikaciji označevalcev, ki se lahko uporabijo za diagnosticiranje in napovedovanje zavrnitve8. Kot je navedeno v tabeli 1, so Montgomery et al.6 opazili žariščno odlaganje C4d 54 ur po presaditvi ledvice s prašiča na človeka, vendar nobenih drugih pomembnih histoloških ali imunoloških znakov poškodbe, ki jo povzročajo protitelesa. Zhou et al.8 so tudi ugotovili, da so CD68 plus makrofagi in nekatere CD3 plus T-celice infiltrirale ksenografte v modelih prašičev na miši 3. dan po presaditvi.

Glede na to, da so NK celice glavna vrsta infiltriranih celic, identificiranih v ksenograftih 51, 56, 81, so Lin et al. 74 uporabili označevalce, kot sta NK1.1 in DX5, za identifikacijo NK celic v modelih prašičev in miši. Z uporabo modificiranega testa ADCC so Chen in sod.76 ugotovili, da sta bila mRNA in protein toll-like receptor-2 (TLR2) prav tako regulirana navzgor v endotelijskih celicah iliakalne arterije prašičev po izpostavitvi človeškemu serumu. Poleg tega so se ravni prašičjih protivnetnih kemokinov CCL2 in CXCL8 prav tako povečale prek TLR2-posredovane poti76. Te ugotovitve kažejo, da lahko blokada TLR2 podaljša preživetje ksenografta.

Biopsije presadka lahko povzročijo okužbo, brazgotinjenje ali povzročijo zavrnitev z imunsko aktivacijo po poškodbi75. Zato je pomembno identificirati neinvazivne označevalce zavrnitve za uporabo pri klinični ksenotransplantaciji. Montgomery et al.6 so odkrili protitelesa IgM in IgG, usmerjena proti antigenom, ki niso - -Gal, v serumih bolnikov s presajeno ledvico s prašiča na človeka. Ker je IgM omejen na vaskularni prostor, se lahko njegova odstranitev s plazmaferezo teoretično vključi v prihodnje poskuse ksenotransplantacije, ki vključujejo ljudi6.

DNA v obtoku se sprosti ob celični smrti ali apoptozi, kar velja za klasično ugotovitev pri ksenotransplantaciji8. Sprostitev krožeče prašičje specifične DNA (cDNA) odraža infiltracijo imunskih celic v presadek in je pred proizvodnjo protiteles proti prašičjim IgM/IgG v modelih prašič-miš8. Poleg tega je cpsDNA zagotovila tudi primerljive rezultate pri opicah, kar kaže na potencialno izvedljivost v kliničnih okoljih8. Podobno ravni DNA brez celic (cfDNA) prav tako korelirajo s poškodbo tkiva v modelih ksenograftov 77.

Medtem ko podatki o organsko specifičnih mikroRNA (miRNA) v ksenotransplantatih ostajajo omejeni, so pokazali obetavno uporabo kot biomarkerji zavrnitve78. V prašičjem modelu akutne jetrne odpovedi so bile prejemnikove plazemske ravni različnih miRNA, pridobljenih iz prašičev, vključno s ssc-miR-122, ssc-miR-192 in ssc-miR-124-1, povezane s poškodbo jeter, ledvic oziroma možganov82. Večina miRNA je ohranjenih med vrstami, kar omejuje njihovo uporabo na področju ksenotransplantacije78,83. Vendar pa bi lahko bile nekatere miRNA, kot je za prašiče specifične SSC-miR-199 b, uporabne, saj jih je mogoče razlikovati od njihovih človeških primerkov in se izražajo v jetrih, srcu in pljučih78.

V eni študiji so opazili tudi povečane ravni miR-146a in miR-155 v srčnih ksenotransplantatih in ovrednotili učinek imunosupresivnega zdravljenja na njihovo izražanje v modelih srčnih ksenotransplantatov iz miši na podgano. V primerjavi z živalmi z oslabljenim imunskim sistemom so Zhao et al.79 ugotovili znatno znižanje ravni miR-146a in povečanje izražanja miR-155, spremembe, ki vodijo do vnetnega stanja pri prejemnikih. Predvsem miR-146a igra vlogo pri zaviranju vnetnih stanj z usmerjanjem na različne poti NF-κB84, o miRNA-155 pa so poročali tudi kot promotorju izražanja TNF85. Skupaj lahko te ugotovitve zagotovijo vpogled v potencialno uporabo miRNA kot biomarkerjev in tarč imunoterapije, ki moti RNA.

Nedavna študija na primatih razen človeka je poročala tudi o povišanih ravneh C3 v prekatni vodici pred zavrnitvijo80. Nazadnje, visoka razmerja krvnih celic CD4 plus/CD8 plus so povezana s krajšim časom preživetja presadka pri presaditvah otočkov s prašičev na nečloveške86. Vendar so potrebne nadaljnje študije za oceno občutljivosti in specifičnosti vseh predlaganih markerjev.

Zaključek

V luči nedavnega pomanjkanja organov bi lahko ksenotransplantacija zagotovila prepotrebno rešitev za bolnike, ki potrebujejo presaditev organov. Zgodovinsko gledano je bila glavna ovira pri ksenotransplantaciji iz virov prašičev prisotnost epitopa Gal. Vendar pa je genetska modulacija omogočila razvoj modelov prašičev brez tega epitopa. Ta napredek je podaljšal preživetje ksenografta pri ljudeh in osvetlil druge epitope, kot sta NeuGc in SDa, ki povzročata imunsko zavrnitev. Tako so bile študije namenjene identifikaciji imunskih mehanizmov, ki vodijo do zavrnitve. Celice NK, makrofagi in T-celice so bile opredeljene kot ključni akterji pri ključni vlogi imunskega sistema pri zavrnitvi ksenograftov.

Poleg tega metode, ki se uporabljajo za identifikacijo zavrnitve ksenotransplantatov, temeljijo na tistih, ki se uporabljajo pri alotransplantaciji zaradi pomanjkanja standardizacije. Označevalci T-celic, kot so CD3, CD4 in CD8, se zdijo obetavni kot napovedni in diagnostični označevalci zavrnitve. Označevalci celične poškodbe, kot sta cpsDNA in cfDNA, so bili prav tako identificirani kot zgodnji napovedni biomarkerji zavrnitve. Različne miRNA so bile prepoznane tudi kot označevalci zavrnitve in možne tarče za razvoj novih strategij imunoterapije. Nazadnje, odkrivanje protiteles IgG in IgM, ki niso - -Gal, je bilo pred kratkim uporabljeno kot marker za zavrnitev presadka ledvic s prašiča na človeka. Glede na nedavni napredek na tem področju bi lahko ksenotransplantacija na koncu postala izvedljiva klinična možnost. Kljub temu je potreben nadaljnji napredek za premagovanje zapletov TMA in potrošniške koagulopatije. Poleg tega je potrebnih več študij za primerjavo različnih markerjev in identifikacijo "zlatega standarda" zavrnitvenega markerja pri ksenotransplantaciji.

Etična odobritev

Ta rokopis je pregledni članek in ne vključuje nobenih etičnih vprašanj. Vsi avtorji so pregledali in odobrili končno različico rokopisa.

Izjava o pravicah človeka in živali

Ta študija ni vključevala ljudi ali živali.

Izjava o informirani privolitvi

Ta članek ni vključeval nobenih ljudi, zato privolitev po seznanitvi ni uporabna.

Izjava o nasprotju interesov

Avtorji so navedli naslednja možna navzkrižja interesov v zvezi z raziskavo, avtorstvom in/ali objavo tega članka: Dr. Lerman je svetovalec AstraZeneca, CureSpec, Butterfly Biosciences, Beren Therapeutics in Ribocure Pharmaceuticals. Avtorji izjavljajo, da ni navzkrižja interesov.

financiranje

Avtorji so razkrili prejem naslednje finančne podpore za raziskavo, avtorstvo in/ali objavo tega članka: To delo je bilo delno podprto s številkami dotacije NIH: DK120292, DK122734, HL158691 in AG062104.

Reference

1. Lu T, Yang B, Wang R, Qin C. Ksenotransplantacija: trenutno stanje v predkliničnih raziskavah. 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. Prirojeni celični imunski odziv pri ksenotransplantaciji. Front Immunol. 2022;13:858604.

3. Ameriška uprava za hrano in zdravila. Ksenotransplantacija. 2021. Dostop 21. junija 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 in obeti. Br Med Bull. 2018;125(1): 5–14.

5. Groth CG. Potencialne prednosti presaditve organov s prašiča na človeka: pogled transplantacijskega 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 dveh primerov ksenotransplantacije ledvic s prašiča na človeka. N Engl J Med. 2022; 386 (20): 1889–98.

7. Kuehn BM. Prva presaditev srca s prašiča na človeka pomeni mejnik v ksenotransplantaciji. Naklada. 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. Krožeča prašičja specifična DNK kot nov biomarker za spremljanje zavrnitve ksenografta. Ksenotransplantacija. 2019; 26 (4): e12522.

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

10. Roux FA, Saï P, Deschamps JY. Ksenotransfuzije, preteklost in sedanjost. Ksenotransplantacija. 2007; 14 (3): 208–16.

11. Snyder C. Richard Sharp Kissam, MD, in ceroplastika pri človeku. Arch oftalmol. 1963; 70: 870–72.

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

13. Silvetti AN, Cotton C, Byrne RJ, Berrian JH, Fernandez Menendez A. Predhodne eksperimentalne študije kožnih presadkov govejih zarodkov. Transplant Bull. 1957;4(1): 25–26.

14. Cooper DKC. Kratka zgodovina medvrstne presaditve organov. Proc. 2012; 25 (1): 49–57.

15. Wijkstrom M, Iwase H, Paris W, Hara H, Ezzelarab M, Cooper DKC. Ksenotransplantacija ledvic: eksperimentalni napredek in klinični obeti. Kidney Int. 2017; 91 (4): 790–96.

For more information:1950477648nn@gmail.com