Ксенотрансплантация: настоящи предизвикателства и нововъзникващи решения

Резюме

За справяне с продължаващия недостиг на налични органи за подмяна е направен опит за ксенотрансплантация на сърца, роговица, кожа и бъбреци. Основна пречка пред ксенотрансплантатите обаче е отхвърлянето поради цикъл от имунни реакции към присадката. Както адаптивната, така и вродената имунна система допринасят за този цикъл, в който естествените клетки убийци, макрофагите и Т-клетките играят значителна роля. Въпреки че напредъкът в областта на генетичното редактиране може да заобиколи някои от тези препятствия, биомаркерите за идентифициране и прогнозиране на отхвърлянето на ксенотрансплантат остават да бъдат стандартизирани. Няколко Т-клетъчни маркера, като CD3, CD4 и CD8, са полезни както при диагностицирането, така и при прогнозирането на отхвърляне на ксенографта. Освен това, повишаването на нивата на различни циркулиращи ДНК маркери и микроРНК също предсказва отхвърлянето на ксенотрансплантата. В този преглед ние обобщаваме последните констатации относно напредъка в ксенотрансплантацията, с акцент върху прасето към човек, ролята на имунитета при отхвърлянето на ксенотрансплантата и неговите биомаркери.

Имунното отхвърляне е естествена реакция, която съществува във всяко човешко тяло. Това е начинът на тялото да се защити чрез елиминиране на вредни чужди вещества. Когато чужди клетки или органи се трансплантират в човешкото тяло, те често се възприемат като вредни вещества, карайки имунната система да атакува. Ето защо имунното отхвърляне може да се бори с употребата на лекарства против отхвърляне.

Въпреки това, нашите скорошни проучвания показват, че имунната система не само разпознава и изключва ксеногенни клетки, но също така генерира дългосрочна защита срещу тези ксеногенни клетки. Генерирането на този отговор на антитяло се постига чрез модулиране на клетки: клетъчни взаимодействия и секреция на цитокини. Тези молекули и клетки помагат за намаляване на отхвърлянето, като същевременно повишават имунитета на тялото към ксенотрансплантатите.

Следователно не само можем да облекчим имунното отхвърляне, но можем също така да повишим имунитета чрез стимулиране на имунната система. Това дава надежда за ксенотрансплантация. Освен това можем да използваме инструменти за редактиране на гени, за да променим функцията на имунната система in vivo, за да се адаптираме по-добре към трансплантацията на ксеногенни клетки или органи.

За да обобщим, връзката между ксенотрансплантацията и имунитета е много тясна. Като се задълбочим в това как реагира имунната система, можем да смекчим имунното отхвърляне по време на трансплантация и да увеличим устойчивостта на тялото към чужди клетки или органи. Това не само би могло да придвижи напред историята на медицината, но и да върне живота на много животи. Това показва значението на имунитета за човешкото тяло. Cistanche може значително да подобри имунитета, тъй като пепелта от месо съдържа различни биологично активни компоненти, като полизахариди, две гъби и Huang Li, които могат да стимулират имунната система. различни видове клетки, повишавайки тяхната имунна активност.

Кликнете върху добавката Cistanche deserticola

Ключови думи

Ксенотрансплантация, имунно отхвърляне, диагностични биомаркери, предсказващи биомаркери, генетично редактиране, ксеноантигени, индукция на толерантност.

Въведение

Подобрената продължителност на живота на хората през последните десетилетия увеличи разпространението на нарастващ брой хронични заболявания1. Нарастващото приложение на трансплантацията на органи, крайната мярка и окончателно лечение на краен стадий на органна недостатъчност, доведе до несъответствие в предлагането и търсенето на такива органи1. Следователно ксенотрансплантацията се превърна в привлекателно решение за преодоляване на това препятствие2. Администрацията по храните и лекарствата на САЩ определя ксенотрансплантацията като „всяка процедура, която включва трансплантация, имплантиране или вливане в човешки реципиент на (а) живи клетки, тъкани или органи от нечовешки животински източник, или (б) човешки телесни течности, клетки, тъкани или органи, които са имали ex vivo контакт с живи нечовешки животински клетки, тъкани или органи"3. Понастоящем се съобщава за употреба на ксенотрансплантант главно за бъбреци, сърца, черен дроб, кожа и роговица4.

Прасетата са избраният вид за събиране на органи за ксенотрансплантация, тъй като имат анатомично подобни органи на хората и са подходящи за генетична модификация5. Те се отглеждат високо и често се консумират, разчиствайки пътя за етичното решение за използване на свински органи за лечение на човешки заболявания. Въпреки че генетичните несъответствия между хората и прасетата са по-големи от тези на приматите, използването на органи на примати не е устойчиво поради етични причини и тъй като повечето примати се считат за застрашени5. Освен това органите на приматите имат значителен шанс да пренасят вируси, които могат да заразят хората5. Следователно са разработени техники за генно инженерство за намаляване на генетичните различия при свине и хора1, проправяйки пътя за използването на органи от свине за ксенотрансплантации. Наистина, скорошни проучвания описват два успешни случая на бъбречни трансплантации от прасета при пациенти в мозъчна смърт6, а друго съобщава за успешен случай на сърдечна трансплантация от прасе на човек7. Тези пробиви отбелязаха голям крайъгълен камък в областта на ксенотрансплантацията.

Основната пречка пред ксенотрансплантациите са имунологичните реакции. Въпреки че механизмът зад свръхострото отхвърляне (HAR) в ксенотрансплантата е добре дефиниран, механизмите на острото клетъчно отхвърляне не са напълно разбрани2. Идентифицирането на механизмите зад клетъчното отхвърляне при ксенотрансплантация може да бъде ключът към по-дългото оцеляване на ксенотрансплантираните органи. Освен това, за разлика от алотрансплантацията, липсват данни за стандартизирани прогнозни и диагностични маркери на ксенотрансплантация8, което би могло да позволи внимателно наблюдение на ксенотрансплантатите9. В тази статия ще прегледаме накратко историята на ксенотрансплантацията, ксеноантигените, представящи се като пречки, и генетичните модификации за преодоляване на тези пречки. И накрая, ще подчертаем ролята на клетъчния имунитет, активиран в отговор на ксенотрансплантация, и ще опишем имунните маркери, използвани за прогнозиране и откриване на отхвърляне на ксенотрансплант.

Кратка история на ксенотрансплантацията

През 17 век първият докладван случай на ксенотрансплантация (и кръвопреливане) на хора е извършен от Жан-Батист Дени, който прелива кръв от агне на 15-годишен мъж, страдащ от треска10. Впоследствие Денис продължи да прелива кръв от агнета и телета, но с променливи резултати, така че френският и английският парламент забраниха кръвопреливането за няколко години напред10.

През 1838 г. Шарп-Кисам извършва първата трансплантация на роговица чрез имплантиране на свинска роговица в окото на 35-годишен мъж11. През 19-ти век учените започват да използват кожни ксеноприсадки от различни животни, като прасета, овце, жаби, гълъби и пилета, като биологични превръзки12 и присадки на говежди ембрионални кожи като превръзки на кожата13.

През 20-ти век Воронов се опитва да „подмлади“ възрастни мъже, като извършва няколко трансплантации на тестисури на шимпанзета и павиани14, като по този начин се предполага, че повишава енергийните нива на пациентите. През 60-те години Reemtsma извърши 13 ксенотрансплантации на бъбрек от шимпанзе към човек, повечето от които се провалиха в рамките на 4-8 седмици поради отхвърляне или инфекции, с изключение на една, която продължи 9 месеца без признаци на отхвърляне при аутопсия15.

Първата сърдечна ксенотрансплантация е извършена през 1964 г. от Харди със сърце на шимпанзе, което е твърде малко и се проваля в рамките на няколко часа14. През същата епоха Starzl извършва първите докладвани чернодробни ксенотрансплантации с ограничен успех. Въпреки това, след въвеждането на такролимус (мощен имуносупресор), той извършва две ксенотрансплантации на черен дроб от павиан на човек, като един пациент оцелява 70 дни14,16. Нарастващата честота на диабет тип -1 и приликите между свинския и човешкия инсулин мотивираха обмислянето на ползата от ксенотрансплантацията на островчета14. Така през 1993 г. Groth et al.17 извършиха първата ксенотрансплантация на островчета от прасе към човек, но не установиха клинична полза.

Ксеноантигени и генетични

Модификации

Първоначалните опити за ксенотрансплантация от свине на човек бяха възпрепятствани от производството на антитела срещу галактозния-1,3-галактозен (Gal) антиген18. Приблизително 1 процент от естествено срещащите се човешки антитела са насочени срещу Gal епитопа и са отговорни за HAR на органи на прасе, перфузирани с човешка кръв18. Откриването на епитопа Gal при прасета доведе до тестване на неговата експресия в различни животински видове. През 1988 г. Galili et al.19 показаха, че анти-Gal антитялото се свързва с различни ядрени клетки на не-примати бозайници, полумиани и маймуни от Новия свят, докато фибробластите на хора, маймуни и маймуни от Стария свят не показват експресия на Gal.

Напредъкът в областта на геномното редактиране след това доведе до разработването на генетично модифицирани прасета за преодоляване на имунното отхвърляне1, най-вече хетерозиготните прасета с Gal-нокаут (GKO) през 2002 г. и хомозиготните прасета с GKO през 2003 г.20. Елиминирането на Gal увеличи оцеляването на свински сърца в павиани за 2–6 месеца и предотврати HAR21, но беше недостатъчен, за да избегне напълно имунната система6, което доведе до идентифицирането на два допълнителни неGal епитопа като мишени на антитела: NeuGc и SDa22,23. Тези антитела може да са изиграли ключова роля в отхвърлянето на бъбречен ксенотрансплант от прасета, изчерпани от Gal, към хора6. Adams et al.24 установиха, че елиминирането както на Gal, така и на SDa гените удължава оцеляването на присадката до 435 дни при трансплантации от прасе на примат. Взети заедно, Gal, NeuGc и SDa антителата съставляват повече от 95 процента от антителата, образувани срещу свински клетки 22, 25 и могат да представляват основна пречка за напредъка на клиничната ксенотрансплантация.

И все пак, нововъзникващи проучвания при прасета с Gal, NeuGc и SDa нокаут разкриха, че индуцираните от трансплантация коагулопатии също възпрепятстват успеха на ксенотрансплантацията и че свръхекспресията на човешки коагулационни регулаторни протеини при животински донори може да разреши този проблем1. Следователно, една от основните цели на генетичната модулация се превърна в регулиране на коагулационната дисфункция при реципиенти на присадка, като тромбомодулин (TBM). Свинският TBM не успява да взаимодейства успешно с човешкия тромбин, което води до прокоагулационно състояние26. Важно е, че Miwa et al.27 установиха, че експресията на човешки TBM в ендотелни клетки на аортата на свине успешно регулира коагулацията в човешката плазма и инхибира индуцираното от антитяло активиране на комплемента. Освен това, терапията с антитела, комбинирана с експресия на човешки TBM, предотвратява хуморалното отхвърляне и коагулационната дисрегулация и увеличава преживяемостта на присадката над 900 дни при сърдечни трансплантации от прасе на бабуин28.

Друга привлекателна кандидат-мишена за генетична модулация е ендотелният протеин-C рецептор (EPCR). Въпреки че свинският EPCR е съвместим с човешки протеин-C26, Iwase et al.29 откриха силна положителна корелация между намаляването на човешката тромбоцитна агрегация и експресията на човешки EPCR в свински аортни ендотелни клетки. Накрая, Wheeler et al.30 показаха, че експресията на човешки CD39, който хидролизира ATP и ADP и предотвратява образуването на тромби, предотвратява миокардна исхемия/реперфузионно увреждане при трансгенни прасета.

Други генетични модификации също се изследват в опит да се насочат към пътищата на отхвърляне на клетъчния ксенографт (CXR). Например, поради несъвместимостта на човешки SIRP- и свински CD47 (обсъден по-късно в статията), Tena et al.31 използват свински хематопоетични клетки, експресиращи човешки CD47, което значително повишава химеризма на присаждане в човешкия костен мозък. Експресията на човешки CD47 също доведе до удължено оцеляване на присадките на свинска кожа върху павиани, като един случай не показва признаци на остро отхвърляне в продължение на 53 дни32. В заключение, генетичните модификации са ключови за успешното преминаване на ксенотрансплантацията в клинични условия.

Индукция на толерантност при ксенотрансплантация

Реципиентите на присадка изискват комбинация от интензивна имуносупресивна терапия и различни опити за намаляване на дозата са неуспешни33. Следователно, понастоящем се разработват стратегии за предизвикване на толерантност, за да се удължи времето за оцеляване на присадката и в крайна сметка да се спре имуносупресивната терапия34. Понастоящем трансплантацията на донорски тимус е най-ефективният метод за постигане на толерантност при ксенотрансплантация34. Проучванията показват удължено време на оцеляване на бъбречна присадка от свине към бабуин от повече от 6 месеца след GKO трансплантация на бъбрек на свине и тимус35,36. При хора Монтгомъри и др.6 трансплантираха GKO свински тимус и бъбрек на двама пациенти в мозъчна смърт; периодът на проследяване обаче беше твърде кратък, за да може тимусът да прояви своите ефекти. Независимо от това, тимусите успяха да се реваскуларизират и поддържат нормална архитектура.

Смесеният химеризъм на костен мозък (MBMW), който включва производството както на донорни, така и на собствени хематопоетични стволови клетки от реципиента след немиелоаблативни режими на трансплантация на стволови клетки, позволи алогенни трансплантации независимо от HLA бариерите34. Въпреки че MBMW е успешен в модели от прасе до мишка, възпроизвеждането на такива резултати е трудно при проучвания от прасе до примати 34, 37. Например, Liang et al.38 показаха, че само 10 процента от MBMW от свине към бабуин са довели до успешно присаждане, като неуспехът на присаждането е свързан с повишени нива на анти-не-Gal IgG след трансплантация. Като цяло са необходими допълнителни проучвания, за да се определи ефективността на трансплантацията на тимус и MBMW за предизвикване на толерантност.

Хистологични и системни резултати от отхвърляне на ксенотрансплант

В рамките на минути до часове след трансплантацията на присадката, ксенотрансплантатът се унищожава от HAR, процес, медииран от съществуващи Gal антитела1. Свързването на тези антитела води до активиране на пътя на комплемента, което причинява лизис на ендотелни клетки1. Трябва да се отбележи, че по неизвестна причина ефектите от изчерпването на антителата и инхибирането на комплемента обикновено са по-ефективни при сърдечни и бъбречни трансплантации, отколкото белодробни и чернодробни трансплантации 39–41. За разлика от други видове отхвърляне, присадките не показват функционалност, когато се подлагат на HAR39. Хистологично, този процес се характеризира с масивен кръвоизлив и отлагане на комплемент, имуноглобулин и фибрин 39.

Острото хуморално отхвърляне на ксенотрансплантата (AHXR), известно също като забавено отхвърляне на ксенотрансплантата, може да бъде инициирано от естествено срещащи се Gal антитела или антитела, образувани след сенсибилизация от присадката39. В последния случай, антителата могат да бъдат насочени срещу Gal или не-Gal антигени, като NeuGc и SDa39. Хистологично този процес наподобява HAR; въпреки това може да има некроза и трансмурална гранулоцитна инфилтрация на кръвоносните съдове 39.

И накрая, CXR може да се появи след значително забавяне във времето след ксенотрансплантация. Противно на HAR и AHXR не се наблюдават хеморагии и отлагания на фибрин и имуноглобулин. Могат да се видят отлагания на комплемента, но обикновено са с ниска интензивност 39. Механизмите, лежащи в основата на CXR, ще бъдат описани в следващия раздел.

Системно три усложнения характеризират реципиентите на ксенотрансплантат: заболявания на имунния комплекс, коагулопатии и инфекции. Поради важната роля на антителата при отхвърлянето на ксенотрансплантата, отлаганията на имунен комплекс могат да се видят в различни реципиентни органи39. След ксенотрансплантация от свине на павиан, Holzknecht et al.42 откриват отлагания на павиан С3 и свински фактор на фон Вилебранд в далака и черния дроб на реципиентите на белия дроб. Интересното е, че павианите, които са получили свински сърца и бъбреци, не показват такива отлагания. Отлагания на плъши IgG и IgM също са открити в гломерулите на реципиентни плъхове след чернодробна трансплантация от хамстер на плъх43.

Като се има предвид неблагоприятната коагулопатия, наблюдавана при реципиенти на ксенотрансплантант, тромботичната микроангиопатия (ТМА) може да се развие като фатално усложнение след трансплантация, водещо до тромбоза в съдовете и исхемично увреждане1. Накратко, реципиентите на присадката бързо прогресират до тромбоцитопения, развиват шистоцити и се представят с високи нива на лактат дехидрогеназа44. С прогресирането на TMA може да се развие системна консумативна коагулопатия, водеща до смърт на реципиента45. Въпреки това, този проблем може да бъде решен с бързото изрязване на ксенотрансплантата, инхибирайки по-нататъшното потребление на коагулационни фактори и подобрявайки преживяемостта на реципиента45.

И накрая, потенциалното предаване на патогени е основна грижа при ксенотрансплантацията. Патогените по свинете могат да се разделят най-общо на четири категории: патогени, които заразяват здрави хора, патогени, които заразяват реципиенти на трансплантация при хора, патогени, наподобяващи тези на реципиенти на трансплантация при хора, и патогени, специфични за свинете46. Патогени от третата категория, като свински цитомегаловирус (PCMV) и свински аденовирус, са свързани със синдромни усложнения при реципиенти на ксенотрансплантация на свине и нечовекоподобни примати46. Например PCMV е отговорен за дисеминирана интраваскуларна коагулация, хематурия и намалено време за оцеляване на присадката при трансплантации от прасе на павиан47,48.

Патогените, специфични за свинете, като свинските ендогенни ретровируси (PERVs), са нарастваща област на безпокойство поради потенциалния риск от тихо предаване и генни промени46.

PERV се интегрират в генома на свинете и могат да бъдат класифицирани като PERV-A, PERV-B и PERV-C49. PERV-A и PERV-B присъстват във всички видове свине, докато PERV-C присъства само в избрани видове50. Рекомбинантният PERV-A/C, който се характеризира с репликация с висок титър, е показал способността да инфектира човешки клетки50. Поради това се препоръчва скрининг за наличие на PERV-C и използване само на прасета донори, свободни от вируса50. Към днешна дата нито една литература не описва PERV в предклинични модели от прасе към примат и клинични трансплантации при хора, но инактивирането на вирусите може да бъде завършено с помощта на генетични модификации, ако е необходимо49. В заключение, важно е да се проучат допълнително механизмите, които заобикалят фаталните усложнения на ТМА и консумативната коагулопатия и да се разработят скринингови анализи за потенциални инфекциозни организми.

Роля на клетъчния имунитет в ксеногенното отхвърляне

Имунните отговори след ксенотрансплантация включват както вродената, така и имунната адаптивна система1. Въпреки че основните клетки, участващи в отхвърлянето на алографта, са цитотоксични Т-лимфоцити, реакциите на ксенотрансплантата активират предимно неутрофили, естествени клетки убийци (NK) и макрофаги51. Неутрофилите бързо инфилтрират както клетъчните, така и органните присадки52,53. При активиране, неутрофилите освобождават неутрофилни извънклетъчни капани (NETs), мрежови структури, които предизвикват увреждане чрез генериране на реактивни окислителни видове (ROS) и освобождаване на храносмилателни ензими 2,54,55. Освен това, макрофагите разпознават NETs като молекулярни модели, свързани с увреждане (DAMPs), които причиняват освобождаването на цитокини и възпалителни маркери (фиг. 1A)54.

Многобройни проучвания съобщават за инфилтрация на NK клетки в ксенотрансплантатите, което ги замесва в отхвърляне на ксенотрансплантат51,56. Тези клетки предизвикват отхвърляне или чрез директна цитотоксичност, или чрез антитяло-зависима клетъчна цитотоксичност (ADCC). Директният път е строго регулиран от стимулиращи и инхибиращи рецептори. NK-стимулиращи рецептори, като естествена група убийци-2D (NKG2D) и свински UL16-свързващ протеин-1 (pULBP-1), се свързват с свинския лиганд NKp44 и неидентифицирана молекула, съответно 57, 58, което води до освобождаване на литични гранули като гранзими и перфорин (фиг. 1B) 59. Обратно, инхибиращите рецептори, убийственият Ig-подобен рецептор (KIR), Ig-подобен транскрипт-2 (ILT2) и CD94, не разпознават лесно свинския левкоцитен антиген-1 (SLA1), основната хистосъвместимост на свинете сложна-1 молекула, потискаща NK инхибирането в ксенотрансплантатите58. В пътя на ADCC антителата, отложени на повърхността на ксенотрансплантираните клетки, се разпознават от NK клетките чрез взаимодействия с FcRs1. При активиране NK клетките освобождават гранзими и перфорин, което води до апоптоза на целевите клетки. Освен това, NK клетките разпознават анти-SLA1 антитела, активирайки ADCC пътя (фиг. 1C)25.

Макрофагите също са замесени в отхвърлянето на клетъчни присадки и присадки на органи60. Peterson et al.61 показаха, че ксеногенният Gal е директен лиганд за човешки моноцити. В допълнение, имунни комплекси от свински клетки с ксеногенни антитела като анти-Gal антитела се свързват с Fc рецептора (Fc R) и произвеждат сигнал за активиране62. Веднъж активирани, макрофагите допринасят за порочен кръг на разрушаване на ксенотрансплантата, където се активират от Т-клетки и на свой ред активират повече Т-клетки63. Освен това, макрофагите индуцират директна цитотоксичност чрез производството на цитокини, като фактор на туморна некроза (TNF)-, интерлевкин-1 (IL-1) и IL-6 (фиг. 1D)64 . По отношение на инхибиторната обратна връзка, пътят на сигналния регулаторен протеин (SIRP-)-CD47 е важен регулатор на активността на макрофагите 1,65. Доказано е, че пътят на CD47 регулира хомеостазата на еритроцитите, тромбоцитите и хематопоетичните стволови клетки66. CD47 се разпознава от SIRP-a като сигнал "не-яж", като по този начин инхибира фагоцитната активност65, сигнал, използван от раковите клетки за избягване на имунното наблюдение. Въпреки това, Wang et al.67 съобщават за междувидова несъвместимост на CD47 след ксенотрансплантация, което води до неефективно инхибиране на макрофагите.

Подобно на трансплантацията на алографт, Т-клетъчното активиране се медиира при отхвърляне на ксенографта чрез директни и индиректни пътища 1,68. Чрез директния път, взаимодействията между SLA-1 и -2 комплексите с Т-клетъчните рецептори водят до активиране на адаптивния имунен отговор срещу ксенотрансплантата (фиг. 1E)1. При индиректния път, представянето на ксеногенни антигени от реципиентните клетки води до активиране на CD4 плюс Т-клетки, предизвиквайки каскада от производство на антитела и В-клетъчно активиране (фиг. 1F)1. И накрая, цитокините, произведени чрез този механизъм, значително повишават цитотоксичността на NK клетките и макрофагите69.

Както бе споменато по-горе, В-клетките играят роля в отхвърлянето на ксенотрансплантатите. Изчерпването на В-клетките увеличава времето за оцеляване с 8 месеца след сърдечна трансплантация от прасета на павиани, което предполага значителна роля на В-клетките в отхвърлянето на ксенотрансплант, по-специално, забавено отхвърляне на ксенотрансплант70. В-клетките произвеждат анти-Gal антитяло, което е насочено към Gal антигени, експресирани в свински тъкани71 и се свързва с неговия антиген, което води до образуване на комплекс. Наистина, изчерпването на анти-Gal антитялото води до по-благоприятни резултати, допълнително въвличайки В-клетките в отхвърлянето на ксенотрансплантанти 71–73. Фенотипните характеристики на произвеждащите анти-Gal антитела субпопулации на В-клетки при хора не са идентифицирани 72. Едно проучване показва, че далачните В-клетки произвеждат анти-Gal антитела, докато перитонеалните В-клетки не го правят, въпреки че експресират анти -Gal рецептори 73. В заключение, както вродената, така и адаптивната имунна система играят значителна роля в отхвърлянето на ксенотрансплант.

Биомаркери за отхвърляне на ксенотрансплант

Липсата на стандартизация сред методите, използвани за наблюдение на отхвърлянето на ксенотрансплантат, води до решаваща необходимост от идентифициране на маркери, които могат да се използват за диагностициране и прогнозиране на отхвърлянето8. Както е посочено в таблица 1, Montgomery et al.6 наблюдават фокално отлагане на C4d на 54-ия час след бъбречна трансплантация от прасе на човек, но няма други значими хистологични или имунологични индикации за медиирано от антитяло увреждане. Zhou et al.8 също установиха, че CD68 плюс макрофаги и някои CD3 плюс Т-клетки инфилтрират ксенотрансплантати в модели прасе-мишка на 3-тия ден след трансплантацията.

Като се има предвид, че NK клетките са основен тип инфилтриращи клетки, идентифицирани в ксенотрансплантати 51, 56, 81, Lin et al. 74 използват маркери като NK1.1 и DX5 за идентифициране на NK клетки в модели прасе-мишка. Използвайки модифициран ADCC анализ, Chen et al.76 откриха, че mRNA и протеинът на подобен на таксата рецептор -2 (TLR2) също се регулират нагоре в ендотелните клетки на илиачната артерия на свинете след излагане на човешки серум. Освен това, нивата на свинските провъзпалителни хемокини CCL2 и CXCL8 също се повишават чрез TLR2-медииран път76. Тези открития предполагат, че блокадата на TLR2 може да удължи преживяемостта на ксенотрансплантата.

Биопсиите на присадката могат да причинят инфекция, белези или да предизвикат отхвърляне чрез имунно активиране след нараняване75. Следователно е важно да се идентифицират неинвазивни маркери за отхвърляне за приложение при клинична ксенотрансплантация. Montgomery et al.6 откриха IgM и IgG антитела, насочени срещу не- -Gal антигени в серумите на пациенти с бъбречна трансплантация от прасе на човек. Тъй като IgM е ограничен до васкуларното пространство, неговото отстраняване чрез плазмафереза ​​може, теоретично, да бъде включено в бъдещи опити за ксенотрансплантация, включващи хора6.

Циркулиращата ДНК се освобождава при клетъчна смърт или апоптоза, които се считат за класически открития при ксенотрансплантацията8. Освобождаването на циркулираща свинска специфична ДНК (cDNA) отразява инфилтрацията на имунните клетки в присадката и предшества производството на анти-свински IgM/IgG антитела в модели прасе-мишка8. Освен това, cpsDNA също предостави сравними резултати при маймуни, което предполага потенциална осъществимост в клинични условия8. По подобен начин нивата на безклетъчна ДНК (cfDNA) също корелират с увреждане на тъканите в модели на ксенотрансплантация 77.

Въпреки че данните относно органоспецифичните микроРНК (miRNA) в ксенотрансплантатите остават ограничени, те показват обещаваща употреба като биомаркери на отхвърляне78. При свински модел на остра чернодробна недостатъчност, плазмените нива на различни miRNAs, получени от прасета, включително ssc-miR-122, ssc-miR-192 и ssc-miR-124-1, са свързани с чернодробно, бъбречно и мозъчно увреждане, съответно82. Повечето miPHK са запазени сред видовете, ограничавайки тяхното използване в областта на ксенотрансплантацията78,83. Въпреки това, някои miPHK, като например специфичния за прасетата SSC-miR-199 b, могат да бъдат полезни, тъй като те могат да бъдат диференцирани от техния човешки аналог и се експресират в черния дроб, сърцето и белите дробове78.

Едно проучване също така наблюдава повишени нива на miR-146a и miR-155 в сърдечни ксенотрансплантанти и оценява ефекта от имуносупресивното лечение върху тяхната експресия в модели на сърдечни ксенотрансплантанти от мишки до плъхове. В сравнение с имуносупресирани животни, Zhao et al.79 откриват значително намаляване на нивата на miR-146a и повишаване на експресията на miR-155, промени, които водят до провъзпалително състояние при реципиентите. Трябва да се отбележи, че miR-146a играе роля в инхибирането на възпалителни състояния чрез насочване към различни NF-кВ пътища84, а miRNA-155 също се съобщава като промотор на експресията на TNF85. Взети заедно, тези констатации могат да дадат представа за потенциалното използване на miPHK като биомаркери и мишени на РНК-интерферираща имунотерапия.

Скорошно проучване при нечовекоподобни примати също съобщава за повишени нива на нивата на С3 във водната течност преди отхвърлянето80. И накрая, високите съотношения на CD4 плюс /CD8 плюс кръвни клетки са свързани с по-кратко време на оцеляване на присадката при трансплантации на островчета от свине към нечовешки86. Въпреки това са необходими допълнителни проучвания за оценка на чувствителността и специфичността на всички предложени маркери.

Заключение

В светлината на скорошния недостиг на органи, ксенотрансплантацията може да осигури много необходимо решение за пациенти, нуждаещи се от трансплантация на органи. Исторически, основната пречка пред ксенотрансплантацията от източници на свине беше наличието на епитопа Gal. Въпреки това, генетичната модулация позволи разработването на модели на прасета, лишени от този епитоп. Този напредък удължи оцеляването на ксенотрансплантата при хора и освети други епитопи, като NeuGc и SDa, които предизвикват имунно отхвърляне. По този начин проучванията са насочени към идентифициране на имунните механизми, които водят до отхвърляне. NK клетките, макрофагите и Т-клетките са идентифицирани като ключови играчи в основната роля на имунната система при отхвърлянето на ксенотрансплантати

Освен това, методите, използвани за идентифициране на отхвърлянето на ксенотрансплантанти, се основават на тези, използвани при алотрансплантация поради липса на стандартизация. Т-клетъчните маркери, като CD3, CD4 и CD8, изглеждат обещаващи като предсказващи и диагностични маркери за отхвърляне. Маркери на клетъчно увреждане, като cpsDNA и cfDNA, също са идентифицирани като ранни предсказващи биомаркери на отхвърляне. Различни miPHK също са разпознати като маркери за отхвърляне и възможни цели за разработването на нови стратегии за имунотерапия. И накрая, откриването на не- -Gal IgG и IgM антитела наскоро беше използвано като маркер за отхвърляне на трансплантиран бъбрек от прасе към човек. Предвид скорошния напредък в областта, ксенотрансплантацията може в крайна сметка да се превърне в жизнеспособна клинична опция. Въпреки това е необходим допълнителен напредък за преодоляване на усложненията на ТМА и консумативната коагулопатия. Освен това са необходими повече проучвания за сравняване на различни маркери и идентифициране на маркер за отхвърляне на "златен стандарт" при ксенотрансплантация.

Етично одобрение

Този ръкопис е рецензионна статия и не включва никакви етични проблеми. Всички автори прегледаха и одобриха окончателната версия на ръкописа.

Декларация за правата на човека и животните

Това проучване не включва хора или животни.

Декларация за информирано съгласие

Тази статия не включва човешки субекти и следователно информираното съгласие не е приложимо.

Декларация за конфликт на интереси

Авторът(ите) декларират следните потенциални конфликти на интереси относно изследването, авторството и/или публикуването на тази статия: Д-р Лерман е съветник на AstraZeneca, CureSpec, Butterfly Biosciences, Beren Therapeutics и Ribocure Pharmaceuticals. Авторите декларират липса на конфликт на интереси.

Финансиране

Авторът(ите) разкрива(т) получаването на следната финансова подкрепа за изследването, авторството и/или публикуването на тази статия: Тази работа е частично подкрепена от номера на безвъзмездни средства от NIH: DK120292, DK122734, HL158691 и AG062104.

Препратки

Lu T, Yang B, Wang R, Qin C. Ксенотрансплантация: текущо състояние в предклиничните изследвания. Преден имунол. 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. Вроденият клетъчен имунен отговор при ксенотрансплантация. Преден имунол. 2022;13:858604.

3. Администрация по храните и лекарствата на САЩ. Ксенотрансплантация. 2021. Достъп до 21 юни 2022 г. https://www.fda.gov/vaccinesblood-biologis/xenotransplantation

4. Купър DKC, Gaston R, Eckhoff D, Ladowski J, Yamamoto T, Wang L, Iwase H, Hara H, Tector M, Tector AJ. Ксенотрансплантация - Текущо състояние и перспективи. Br Med Bull. 2018; 125 (1): 5–14.

5. Groth CG. Потенциалните предимства на трансплантацията на органи от прасе на човек: гледна точка на хирурга по трансплантация. индийски 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. Резултати от два случая на ксенотрансплантация на бъбрек от прасе на човек. N Engl J Med. 2022; 386 (20): 1889–98.

7. Kuehn BM. Първата трансплантация на сърце от прасе към човек бележи крайъгълен камък в ксенотрансплантацията. Тираж. 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 и др. Циркулираща специфична за прасе ДНК като нов биомаркер за наблюдение на отхвърлянето на ксенографта. Ксенотрансплантация. 2019; 26 (4): e12522.

9. Chan JL, Mohiuddin MM. Ксенотрансплантация на сърце. Curr Opin трансплантация на органи. 2017; 22 (6): 549–54.

10. Ру FA, Saï P, Deschamps JY. Ксенотрансфузии, минало и настояще. Ксенотрансплантация. 2007; 14 (3): 208–16.

11. Snyder C. Richard Sharp Kissam, MD, и ceroplastic при човека. Arch Ophthalmol. 1963; 70: 870-72.

12. Купър DKC, Ekser B, Tector AJ. Кратка история на клиничната ксенотрансплантация. Int J Surg. 2015; 23 (Pt B): 205–10.

13. Silvetti AN, Cotton C, Byrne RJ, Berrian JH, Fernandez Menendez A. Предварителни експериментални изследвания на кожни присадки на говежди ембриони. Трансплантация Бул. 1957; 4 (1): 25–26.

14. Купър DKC. Кратка история на междувидовата трансплантация на органи. Proc. 2012; 25 (1): 49–57.

15. Wijkstrom M, Iwase H, Paris W, Hara H, Ezzelarab M, Cooper DKC. Бъбречна ксенотрансплантация: експериментален напредък и клинични перспективи. Kidney Int. 2017; 91 (4): 790–96.

For more information:1950477648nn@gmail.com