Ксенотрансплантація: поточні виклики та нові рішення

Анотація

Щоб усунути постійну нестачу органів, доступних для заміни, була зроблена спроба ксенотрансплантації серця, рогівки, шкіри та нирок. Однак основною перешкодою для ксенотрансплантатів є відторгнення через цикл імунних реакцій на трансплантат. Як адаптивна, так і вроджена імунна система беруть участь у цьому циклі, в якому природні клітини-кілери, макрофаги та Т-клітини відіграють значну роль. У той час як прогрес у галузі генетичного редагування може обійти деякі з цих перешкод, біомаркери для ідентифікації та прогнозування відторгнення ксенотрансплантата ще потрібно стандартизувати. Кілька маркерів Т-клітин, таких як CD3, CD4 і CD8, корисні як для діагностики, так і для прогнозування відторгнення ксенотрансплантата. Крім того, підвищення рівня різних маркерів циркулюючої ДНК і мікроРНК також є прогностичним фактором відторгнення ксенотрансплантата. У цьому огляді ми підсумовуємо нещодавні результати щодо прогресу в ксенотрансплантації, зосереджуючись на трансплантації від свині до людини, ролі імунітету у відторгненні ксенотрансплантата та його біомаркерах.

Імунне відторгнення - природна реакція, яка існує в організмі кожної людини. Це спосіб захисту організму шляхом видалення шкідливих сторонніх речовин. Коли чужорідні клітини або органи пересаджують в організм людини, вони часто сприймаються як шкідливі речовини, що викликає атаку імунної системи. Ось чому з імунним відторгненням можна боротися за допомогою препаратів проти відторгнення.

Проте наші недавні дослідження показали, що імунна система не тільки розпізнає та виключає ксеногенні клітини, але й створює довготривалий захист від цих ксеногенних клітин. Генерація відповіді антитіл досягається шляхом модуляції клітинних взаємодій і секреції цитокінів. Ці молекули та клітини допомагають зменшити відторгнення, а також підвищують імунітет організму до ксенотрансплантатів.

Таким чином, ми можемо не тільки пом’якшити імунне відторгнення, але й підвищити імунітет, стимулюючи імунну систему. Це дає надію на ксенотрансплантацію. Крім того, ми можемо використовувати інструменти редагування генів, щоб змінити функцію імунної системи in vivo, щоб краще адаптуватися до трансплантації ксеногенних клітин або органів.

Підсумовуючи, зв’язок між ксенотрансплантацією та імунітетом дуже тісний. Досліджуючи, як імунна система реагує, ми можемо пом’якшити імунне відторгнення під час трансплантації та підвищити стійкість організму до чужорідних клітин або органів. Це могло б не тільки просунути історію медицини, але й повернути до життя багато життів. Це свідчить про важливість імунітету для організму людини. Цистанхе може істотно підвищити імунітет, оскільки м'ясна зола містить різноманітні біологічно активні компоненти, такі як полісахариди, два гриби та Хуан Лі, які можуть стимулювати імунну систему. різні види клітин, підвищуючи їх імунну активність.

Натисніть добавку Cistanche deserticola

Ключові слова

Ксенотрансплантація, імунне відторгнення, діагностичні біомаркери, прогностичні біомаркери, генетичне редагування, ксеноантигени, індукція толерантності.

вступ

Збільшення тривалості життя людей за останні десятиліття збільшило поширеність зростаючої кількості хронічних захворювань1. Все більш широке застосування трансплантації органів, крайнього заходу та остаточного лікування кінцевої стадії органної недостатності, призвело до диспропорції в пропозиції та попиті на такі органи1. Тому ксенотрансплантація стала привабливим рішенням для подолання цієї перешкоди2. Управління з контролю за якістю харчових продуктів і медикаментів США визначає ксенотрансплантацію як «будь-яку процедуру, яка передбачає трансплантацію, імплантацію або вливання людині-реципієнту або (а) живих клітин, тканин або органів з нелюдського тваринного джерела, або (б) рідин людського організму, клітини, тканини або органи, які контактували ex vivo з живими клітинами, тканинами або органами нелюдських тварин»3. Наразі повідомляється про використання ксенотрансплантатів переважно для нирок, серця, печінки, шкіри та рогівки4.

Для отримання органів для ксенотрансплантації вибирають свиней, оскільки вони мають анатомічно подібні органи до людських і придатні для генетичної модифікації5. Їх високо розводять і часто споживають, розчищаючи шлях до етичного рішення використовувати органи свиней для лікування захворювань людини. Незважаючи на те, що генетичні розбіжності між людьми та свинями більші, ніж у приматів, використання органів приматів є неприпустимим з етичних міркувань і тому, що більшість приматів вважаються зникаючими5. Крім того, органи приматів мають значний шанс переносити віруси, які можуть інфікувати людей5. Таким чином, були розроблені методи генної інженерії, щоб зменшити генетичні відмінності свиней і людини1, прокладаючи шлях до використання органів свиней для ксенотрансплантації. Дійсно, нещодавні дослідження описали два успішні випадки трансплантації нирок від свиней пацієнтам із мертвим мозком6, а в іншому повідомлялося про успішний випадок трансплантації серця від свині людині7. Ці прориви ознаменували велику віху в галузі ксенотрансплантації.

Основна перешкода, з якою стикаються ксенотрансплантати, - це імунологічні реакції. Хоча механізм гіпергострого відторгнення (HAR) у ксенотрансплантаті чітко визначений, механізми гострого клітинного відторгнення не повністю зрозумілі2. Виявлення механізмів відторгнення клітин при ксенотрансплантації може бути ключем до більш тривалого виживання ксенотрансплантованих органів. Крім того, на відміну від алотрансплантації, бракує даних про стандартизовані прогностичні та діагностичні маркери ксенотрансплантації8, які могли б дозволити ретельний моніторинг ксенотрансплантатів9. У цій статті ми коротко розглянемо історію ксенотрансплантації, ксеноантигени, які є перешкодами, і генетичні модифікації для подолання цих перешкод. Нарешті, ми підкреслимо роль клітинного імунітету, активованого у відповідь на ксенотрансплантацію, і опишемо імунні маркери, які використовуються для прогнозування та виявлення відторгнення ксенотрансплантата.

Коротка історія ксенотрансплантації

У 17 столітті перший випадок ксенотрансплантації (і переливання крові) людям здійснив Жан-Батист Дені, який перелив кров ягняти 15--річному чоловікові, який страждав від лихоманки10. Згодом Деніс продовжував переливати кров ягнят і телят, але з різними результатами, тому французький і англійський парламенти заборонили переливання на кілька наступних років10.

У 1838 році Шарп-Кіссам виконав першу трансплантацію рогівки, імплантувавши рогівку свині в око 35--річного чоловіка11. У 19 столітті вчені почали використовувати ксенотрансплантати шкіри різних тварин, таких як свині, вівці, жаби, голуби та кури, як біологічні пов’язки12, а трансплантати шкіри ембріонів великої рогатої худоби – як шкірні пов’язки13.

У 20-му столітті Воронов намагався «омолодити» літніх чоловіків, провівши кілька трансплантацій яєчок шимпанзе та бабуїнів14, нібито таким чином підвищивши рівень енергії у пацієнтів. У 1960-х роках Reemtsma провів 13 ксенотрансплантацій нирки шимпанзе людині, більшість із яких зазнали невдачі протягом 4–8 тижнів через відторгнення або інфекції, за винятком однієї, яка тривала 9 місяців без ознак відторгнення під час аутопсії15.

Перша ксенотрансплантація серця була виконана в 1964 році Харді з серцем шимпанзе, яке було занадто маленьким і не вдалося протягом кількох годин14. У ту ж епоху Старцл провів перші ксенотрансплантації печінки з обмеженим успіхом. Однак після введення такролімусу (потужного імуносупресора) він виконав дві ксенотрансплантації печінки павіана людині, причому один пацієнт вижив 70 днів14,16. Зростання захворюваності на діабет типу-1 та подібність між свинячим і людським інсуліном спонукали до роздумів про переваги ксенотрансплантації острівців14. Так, у 1993 році Groth та ін.17 провели першу ксенотрансплантацію острівців від свині до людини, але не виявили клінічної користі.

Ксеноантигени та генетика

Модифікації

Початкові спроби ксенотрансплантації від свині до людини перешкоджали виробленню антитіл проти галактозо{2}},3-галактозного (Gal) антигену18. Приблизно 1 відсоток природних людських антитіл спрямований проти епітопу Gal і відповідає за HAR органів свиней, перфузованих людською кров’ю18. Відкриття епітопу Gal у свиней призвело до тестування його експресії на різних видах тварин. У 1988 році Galili та ін.19 продемонстрували, що антитіло проти Gal зв’язується з різними ядерними клітинами ссавців, які не є приматами, напівмавпами та мавпами Нового Світу, тоді як фібробласти людей, людиноподібних мавп і мавп Старого Світу не виявили експресії Gal.

Удосконалення в області геномного редагування призвело до розробки генетично модифікованих свиней для подолання імунного відторгнення1, особливо гетерозиготних свиней з нокаутом Gal (GKO) у 2002 році та гомозиготних свиней GKO у 2003 році20. Усунення Gal збільшило виживаність свинячих сердець у павіанів протягом 2–6 місяців і запобіг HAR21, але цього було недостатньо, щоб повністю уникнути імунної системи6, що призвело до ідентифікації двох додаткових епітопів, відмінних від Gal, як мішеней для антитіл: NeuGc і SDa22,23. Ці антитіла могли зіграти ключову роль у відторгненні ксенотрансплантату нирки від свиней, виснажених Gal, людям6. Adams et al.24 виявили, що усунення обох генів Gal і SDa подовжило виживання трансплантата до 435 днів при трансплантації від свині до приматів. У сукупності антитіла Gal, NeuGc і SDa складають більше 95 відсотків антитіл, утворених проти клітин свиней22,25, і можуть бути основними перешкодами для просування клінічної ксенотрансплантації.

Тим не менш, нові дослідження на свинях з нокаутом Gal, NeuGc і SDa показали, що спричинені трансплантацією коагулопатії також перешкоджають успіху ксенотрансплантації і що надмірна експресія білків, що регулюють коагуляцію людини, у тварин-донорів може вирішити цю проблему1. Тому однією з головних цілей генетичної модуляції стало регулювання дисфункції коагуляції у реципієнтів трансплантата, наприклад тромбомодуліну (ТБМ). Свинячий ТБМ не може успішно взаємодіяти з тромбіном людини, що призводить до стану прокоагуляції26. Важливо, що Miwa та ін.27 виявили, що експресія TBM людини в ендотеліальних клітинах аорти свиней успішно регулює коагуляцію в плазмі людини та пригнічує індуковану антитілом активацію комплементу. Крім того, терапія антитілами в поєднанні з експресією людського ТБМ запобігає гуморальному відторгненню та дисрегуляції коагуляції та збільшує виживаність трансплантата понад 900 днів при трансплантації серця від свині до павіана28.

Іншою привабливою мішенню-кандидатом для генетичної модуляції є рецептор ендотеліального протеїну С (EPCR). Незважаючи на те, що свинячий EPCR сумісний з білком C26 людини, Iwase та ін.29 виявили сильну позитивну кореляцію між зниженням агрегації тромбоцитів людини та експресією людського EPCR в ендотеліальних клітинах аорти свині. Нарешті, Wheeler et al.30 показали, що експресія людського CD39, який гідролізує АТФ і АДФ і запобігає утворенню тромбів, запобігає ішемії/реперфузії міокарда у трансгенних свиней.

Інші генетичні модифікації також вивчаються в спробі націлитися на шляхи відторгнення клітинного ксенотрансплантата (CXR). Наприклад, через несумісність людського SIRP- і свинячого CD47 (обговорюваного далі в статті), Tena et al.31 використовували свинячі гемопоетичні клітини, що експресують людський CD47, що значно посилювало химеризм приживлення в кістковому мозку людини. Експресія людського CD47 також призвела до тривалого виживання трансплантатів свинячої шкіри на павіанах, причому в одному випадку не виявлено ознак гострого відторгнення протягом 53 днів32. Підсумовуючи, генетичні модифікації є ключовими для успішного переходу ксенотрансплантації в клінічні умови.

Індукція толерантності при ксенотрансплантації

Реципієнтам трансплантата потрібна комбінація інтенсивної імуносупресивної терапії, і різні спроби зменшити дозу були невдалими33. Отже, наразі розробляються стратегії індукції толерантності, щоб подовжити час виживання трансплантата та, зрештою, припинити імуносупресивну терапію34. На сьогоднішній день донорська трансплантація тимуса є найбільш ефективним методом досягнення толерантності при ксенотрансплантації34. Дослідження продемонстрували подовжену виживаність ниркового трансплантата від свині до бабуїна понад 6 місяців після трансплантації нирки свині та тимуса GKO35,36. Людям Монтгомері та ін.6 трансплантували GKO свинячий тимус і нирку двом пацієнтам із мертвим мозком; однак період спостереження був надто коротким, щоб вилочкова залоза не змогла підтвердити свою дію. Тим не менш, тимуси змогли реваскуляризуватися і підтримували нормальну архітектуру.

Змішаний химеризм кісткового мозку (MBMW), який передбачає виробництво реципієнтом як донорських, так і власних гемопоетичних стовбурових клітин після немієлоабляційних схем трансплантації стовбурових клітин, дозволив проводити алогенні трансплантації незалежно від бар’єрів HLA34. Хоча MBMW є успішним у моделях від свині до миші, відтворити такі результати було важко в дослідженнях від свині до приматів34,37. Наприклад, Liang et al.38 продемонстрували, що лише 10 відсотків MBMW від свиней до бабуїнів призвели до успішного приживлення, причому невдача приживлення пов’язана з підвищенням рівня анти-не-Gal IgG після трансплантації. Загалом необхідні подальші дослідження, щоб визначити ефективність трансплантації тимуса та MBMW у індукції толерантності.

Гістологічні та системні результати відторгнення ксенотрансплантата

Протягом декількох хвилин або годин після трансплантації трансплантата ксенотрансплантат руйнується HAR, процесом, опосередкованим уже існуючими антитілами Gal1. Зв'язування цих антитіл призводить до активації шляху комплементу, що викликає лізис ендотеліальних клітин1. Примітно, що з невідомої причини ефекти виснаження антитіл та інгібування комплементу загалом є більш ефективними при трансплантації серця та нирок, ніж трансплантації легенів та печінки39–41. На відміну від інших типів відторгнення, трансплантати не виявляють функціональності, коли вони піддаються HAR39. Гістологічно цей процес характеризується масивним крововиливом і відкладенням комплементу, імуноглобуліну та фібрину 39.

Гостре гуморальне відторгнення ксенотрансплантата (AHXR), також відоме як відстрочене відторгнення ксенотрансплантата, може бути ініційоване природними антитілами Gal або антитілами, утвореними після сенсибілізації трансплантатом39. В останньому випадку антитіла можуть бути спрямовані проти Gal або не-Gal антигенів, таких як NeuGc і SDa39. Гістологічно цей процес нагадує ХАР; однак можуть бути некроз і трансмуральна гранулоцитарна інфільтрація кровоносних судин 39.

Нарешті, CXR може виникнути через значний проміжок часу після ксенотрансплантації. На відміну від HAR і AHXR, крововиливів і відкладень фібрину та імуноглобуліну не спостерігається. Можна спостерігати відкладення комплементу, але вони зазвичай мають низьку інтенсивність 39. Механізми, що лежать в основі CXR, будуть описані в наступному розділі.

Системно три ускладнення характеризують реципієнтів ксенотрансплантата: захворювання імунного комплексу, коагулопатії та інфекції. Через помітну роль антитіл у відторгненні ксенотрансплантата, відкладення імунних комплексів можна спостерігати в різних органах реципієнта39. Після ксенотрансплантації від свині до павіана Holzknecht та ін.42 виявили відкладення C3 павіана та свинячого фактора фон Віллебранда в селезінці та печінці реципієнтів легенів. Цікаво, що у бабуїнів, які отримували свинячі серця і нирки, таких відкладень не було. Відкладення щурячих IgG та IgM також були виявлені в клубочках щурів-реципієнтів після трансплантації печінки хом’яка щуру43.

Враховуючи несприятливу коагулопатію, що спостерігається у реципієнтів ксенотрансплантата, тромботична мікроангіопатія (ТМА) може розвинутися як летальне ускладнення після трансплантації, що призведе до тромбозу всередині судин та ішемічного пошкодження1. Коротко кажучи, у реципієнтів трансплантата швидко прогресує тромбоцитопенія, розвиваються шистоцити та спостерігається високий рівень лактатдегідрогенази44. З прогресуванням ТМА може розвинутися системна консумптивна коагулопатія, що призведе до смерті реципієнта45. Однак цю проблему можна вирішити за допомогою швидкого видалення ксенотрансплантата, що пригнічує подальше споживання факторів згортання крові та покращує виживаність реципієнта45.

Нарешті, потенційна передача патогенів є основною проблемою при ксенотрансплантації. Патогени свиней можна загалом розділити на чотири категорії: патогени, які інфікують здорових людей, патогени, які інфікують реципієнтів трансплантатів людини, патогени, схожі на реципієнтів трансплантатів людини, і патогени, специфічні для свиней46. Патогени третьої категорії, такі як свинячий цитомегаловірус (PCMV) і свинячий аденовірус, були пов’язані з синдромальними ускладненнями у свиней і реципієнтів ксенотрансплантата приматів46. Наприклад, PCMV відповідає за дисеміноване внутрішньосудинне згортання крові, гематурію та скорочення часу виживання трансплантата при трансплантації від свині до павіана47,48.

Патогени, специфічні для свиней, такі як ендогенні ретровіруси свиней (PERV), викликають дедалі більше занепокоєння через потенційний ризик тихої передачі та генних змін46.

PERV інтегруються в геном свиней і можуть бути класифіковані як PERV-A, PERV-B і PERV-C49. PERV-A та PERV-B присутні у всіх видів свиней, тоді як PERV-C присутній лише у вибраних видів50. Рекомбінантний PERV-A/C, який характеризується високим титром реплікації, продемонстрував здатність інфікувати клітини людини50. Таким чином, рекомендується проводити скринінг на наявність PERV-C і використовувати лише свиней-донорів, вільних від вірусу50. На сьогоднішній день жодна література не описує PERV у доклінічних моделях від свиней до приматів і клінічних трансплантаціях у людей, але інактивація вірусів може бути завершена за допомогою генетичних модифікацій, якщо необхідно49. Підсумовуючи, важливо продовжити вивчення механізмів, які обходять смертельні ускладнення ТМА та коагулопатії споживання та розробити скринінгові аналізи для потенційних інфекційних організмів.

Роль клітинного імунітету в ксеногенному відторгненні

Імунні відповіді після ксенотрансплантації включають як вроджену, так і імунну адаптивну системи1. Хоча основними клітинами, які беруть участь у відторгненні алотрансплантата, є цитотоксичні Т-лімфоцити, реакції ксенотрансплантата активують насамперед нейтрофіли, природні клітини-кілери (NK) і макрофаги51. Нейтрофіли швидко інфільтрують як клітинні, так і трансплантати органів52,53. Після активації нейтрофіли вивільняють нейтрофільні позаклітинні пастки (NET), мережеві структури, які викликають пошкодження через утворення реактивних окислювальних видів (ROS) і вивільнення травних ферментів2,54,55. Крім того, макрофаги розпізнають NET як пов’язані з пошкодженням молекулярні структури (DAMP), які викликають вивільнення цитокінів і запальних маркерів (рис. 1A)54.

У численних дослідженнях повідомлялося про інфільтрацію NK-клітин усередині ксенотрансплантатів, що вказувало на їх відторгнення ксенотрансплантата51,56. Ці клітини викликають відторгнення через пряму цитотоксичність або антитілозалежну клітинну цитотоксичність (ADCC). Прямий шлях жорстко регулюється стимулюючими та інгібуючими рецепторами. NK-стимулюючі рецептори, такі як природна кілерна група-2D (NKG2D) і свинячий UL16-зв’язуючий білок-1 (pULBP-1), зв’язуються з лігандом свиней NKp44 і неідентифікована молекула, відповідно57,58, що призводить до вивільнення літичних гранул, таких як гранзими та перфорин (рис. 1B)59. Навпаки, інгібуючі рецептори, кілерний Ig-подібний рецептор (KIR), Ig-подібний транскрипт-2 (ILT2) і CD94, не легко розпізнають антиген лейкоцитів свиней-1 (SLA1), головну гістосумісність свиней комплексна-1 молекула, що послаблює інгібування NK у ксенотрансплантатах58. На шляху ADCC антитіла, що депонуються на поверхні клітин ксенотрансплантата, розпізнаються NK-клітинами через взаємодію з FcRs1. Після активації NK-клітини вивільняють гранзими та перфорин, що призводить до апоптозу клітин-мішеней. Крім того, NK-клітини розпізнають антитіла проти SLA1, активуючи шлях ADCC (рис. 1C)25.

Макрофаги також беруть участь у відторгненні клітинних трансплантатів і трансплантатів органів60. Peterson et al.61 показали, що ксеногенний Gal є прямим лігандом для моноцитів людини. Крім того, імунні комплекси свинячих клітин з ксеногенними антитілами, такими як анти-Gal антитіла, зв’язуються з рецептором Fc (Fc R) і виробляють сигнал активації62. Після активації макрофаги беруть участь у замкнутому циклі руйнування ксенотрансплантата, де вони активуються Т-клітинами та, у свою чергу, активують більше Т-клітин63. Крім того, макрофаги індукують пряму цитотоксичність через виробництво цитокінів, таких як фактор некрозу пухлини (TNF)-, інтерлейкін-1 (IL-1) та IL-6 (рис. 1D)64 . Щодо гальмівного зворотного зв’язку, сигнальний регуляторний білок (SIRP-)-CD47 є важливим регулятором активності макрофагів1,65. Було показано, що шлях CD47 регулює гомеостаз еритроцитів, тромбоцитів і гемопоетичних стовбурових клітин66. CD47 розпізнається SIRP-a як сигнал «не їсти», таким чином пригнічуючи фагоцитарну активність65, сигнал, який використовується раковими клітинами, щоб уникнути імунного нагляду. Проте Wang та ін.67 повідомили про міжвидову несумісність CD47 після ксенотрансплантації, що призводить до неефективного інгібування макрофагів.

Як і при трансплантації алотрансплантата, активація Т-клітин опосередковується при відторгненні ксенотрансплантата через прямі та непрямі шляхи1,68. Через прямий шлях взаємодії між комплексами SLA-1 і -2 з Т-клітинними рецепторами призводять до активації адаптивної імунної відповіді проти ксенотрансплантата (рис. 1E)1. У непрямому шляху презентація ксеногенних антигенів клітинами-реципієнтами призводить до активації CD4 плюс Т-клітин, стимулюючи каскад виробництва антитіл і активацію В-клітин (рис. 1F)1. Нарешті, цитокіни, що виробляються за допомогою цього механізму, значно посилюють цитотоксичність NK-клітин і макрофагів69.

Як згадувалося вище, В-клітини відіграють певну роль у відторгненні ксенотрансплантатів. Вичерпання B-клітин збільшило час виживання на 8 місяців після трансплантації серця від свиней бабуїнам, що свідчить про значну роль B-клітин у відторгненні ксенотрансплантата, зокрема, у відстроченому відторгненні ксенотрансплантата70. В-клітини виробляють антитіло проти Gal, яке націлюється на антигени Gal, експресовані в тканинах свині71, і зв’язується з його антигеном, що призводить до утворення комплексу. Дійсно, виснаження антитіл проти Gal призводить до більш сприятливих результатів, ще більше залучаючи В-клітини до відторгнення ксенотрансплантатів71–73. Фенотипічні характеристики субпопуляцій В-клітин, що продукують антитіла проти Gal, у людини не визначені 72. Одне дослідження показало, що В-клітини селезінки виробляють антитіла проти Gal, тоді як В-клітини очеревини цього не роблять, хоча вони експресують антитіла. -Gal рецептори 73. Зрештою, як вроджена, так і адаптована імунні системи відіграють значну роль у відторгненні ксенотрансплантата.

Біомаркери відторгнення ксенотрансплантата

Відсутність стандартизації методів, які використовуються для моніторингу відторгнення ксенотрансплантата, викликає важливу потребу в ідентифікації маркерів, які можна використовувати для діагностики та прогнозування відторгнення8. Як зазначено в таблиці 1, Монтгомері та ін.6 спостерігали вогнищеве відкладення C4d через 54 години після трансплантації нирки свині людині, але жодних інших значущих гістологічних чи імунологічних ознак ушкодження, опосередкованого антитілами, не було. Zhou et al.8 також виявили, що CD68 плюс макрофаги та деякі CD3 плюс Т-клітини проникли в ксенотрансплантати в моделях свиня-миша на 3-й день після трансплантації.

З огляду на те, що NK-клітини є основним типом інфільтруючих клітин, ідентифікованих у ксенотрансплантатах51,56,81, Лін та ін.74 використовували такі маркери, як NK1.1 і DX5, для ідентифікації NK-клітин у моделях від свині до миші. Використовуючи модифікований аналіз ADCC, Chen et al.76 виявили, що мРНК і білок toll-подібного рецептора -2 (TLR2) також активізувалися в ендотеліальних клітинах клубової артерії свиней після впливу сироватки крові людини. Крім того, рівні свинячих прозапальних хемокінів CCL2 і CXCL8 також зросли через TLR2-опосередкований шлях76. Ці результати показують, що блокада TLR2 може подовжити виживання ксенотрансплантата.

Біопсія трансплантата може спричинити інфекцію, утворення рубців або викликати відторгнення через імунну активацію після травми75. Тому важливо визначити неінвазивні маркери відторгнення для застосування в клінічній ксенотрансплантації. Монтгомері та ін.6 виявили антитіла IgM та IgG, спрямовані проти антигенів, відмінних від - -Gal, у сироватках крові пацієнтів після трансплантації нирки від свині до людини. Оскільки IgM обмежується судинним простором, його видалення за допомогою плазмаферезу теоретично може бути включено в майбутні випробування ксенотрансплантації за участю людей6.

Циркулююча ДНК вивільняється після смерті клітини або апоптозу, що вважається класичним результатом ксенотрансплантації8. Вивільнення циркулюючої специфічної ДНК свині (кДНК) відображає інфільтрацію імунних клітин у трансплантат і передує виробленню антитіл IgM/IgG проти свиней у моделях свиня-миша8. Крім того, cpsDNA також забезпечила порівняльні результати на мавпах, що свідчить про потенційну здійсненність у клінічних умовах8. Подібним чином рівні безклітинної ДНК (cfDNA) також корелюють із пошкодженням тканин у моделях ксенотрансплантата 77.

Хоча дані щодо органоспецифічних мікроРНК (міРНК) у ксенотрансплантатах залишаються обмеженими, вони показали багатообіцяюче використання як біомаркери відторгнення78. У свинячій моделі гострої печінкової недостатності рівні плазми різних мікроРНК свиней, включаючи ssc-miR-122, ssc-miR-192 і ssc-miR-124-1, були пов’язані з ураженням печінки, нирок та головного мозку відповідно82. Більшість мікроРНК зберігаються серед видів, що обмежує їх використання в області ксенотрансплантації78,83. Однак деякі мікроРНК, такі як специфічний для свиней SSC-miR-199 b, можуть бути корисними, оскільки вони можуть бути диференційовані від свого аналога людини та експресуються в печінці, серці та легенях78.

В одному дослідженні також спостерігали підвищення рівнів miR{0}}a та miR-155 у серцевих ксенотрансплантатах і оцінювали вплив імуносупресивної терапії на їх експресію на моделях серцевих ксенотрансплантатів від миші до щура. Порівняно з тваринами з імуносупресією, Zhao et al.79 виявили значне зниження рівнів miR-146a та збільшення експресії miR-155, зміни, які призводять до прозапального стану у реципієнтів. Примітно, що miR-146a відіграє певну роль у пригніченні запальних станів шляхом націлювання на різні шляхи NF-κB84, а мікроРНК-155 також, як повідомляється, є промотором експресії TNF85. У сукупності ці висновки можуть дати розуміння потенційного використання мікроРНК як біомаркерів і мішеней імунотерапії, що заважає РНК.

Недавнє дослідження на приматах також повідомило про підвищені рівні С3 у водянистій волозі перед відторгненням80. Нарешті, високе співвідношення клітин крові CD4 плюс /CD8 плюс корелює з меншим часом виживання трансплантата при трансплантації острівців від свині до людини86. Проте необхідні подальші дослідження для оцінки чутливості та специфічності будь-яких запропонованих маркерів.

Висновок

У світлі недавньої нестачі органів ксенотрансплантація може стати вкрай необхідним рішенням для пацієнтів, які потребують трансплантації органів. Історично основною перешкодою для ксенотрансплантації від свиней була наявність епітопу Gal. Однак генетична модуляція дозволила розробити моделі свиней, позбавлених цього епітопу. Цей прогрес подовжив виживання ксенотрансплантата у людей і висвітлив інші епітопи, такі як NeuGc і SDa, які викликають імунне відторгнення. Таким чином, дослідження спрямовані на виявлення імунних механізмів, які призводять до відторгнення. NK-клітини, макрофаги та Т-клітини були визначені як ключові гравці в ключовій ролі імунної системи у відторгненні ксенотрансплантатів

Крім того, методи, які використовуються для ідентифікації відторгнення ксенотрансплантатів, ґрунтуються на тих, які використовуються в алотрансплантації через відсутність стандартизації. Т-клітинні маркери, такі як CD3, CD4 і CD8, здаються перспективними як прогностичні та діагностичні маркери відторгнення. Маркери клітинного пошкодження, такі як cpsDNA і cfDNA, також були ідентифіковані як ранні прогнозні біомаркери відторгнення. Різні мікроРНК також були визнані маркерами відторгнення та можливими мішенями для розробки нових стратегій імунотерапії. Нарешті, виявлення не- -Gal IgG та IgM антитіл нещодавно використовувалося як маркер відторгнення трансплантованої нирки свині від людини. Враховуючи останні досягнення в цій галузі, ксенотрансплантація зрештою може стати життєздатним клінічним варіантом. Тим не менш, потрібен подальший прогрес для подолання ускладнень ТМА та коагулопатії споживання. Крім того, необхідні додаткові дослідження для порівняння різних маркерів і визначення «золотого стандарту» маркера відторгнення при ксенотрансплантації.

Етичне схвалення

Цей рукопис є оглядовою статтею і не стосується жодних етичних питань. Усі автори розглянули та затвердили остаточний варіант рукопису.

Заява про права людини та тварин

Це дослідження не включало ні людей, ні тварин.

Заява про інформовану згоду

Ця стаття не стосується людей, тому інформована згода не застосовується.

Декларація про конфлікт інтересів

Автори заявили про наступні потенційні конфлікти інтересів щодо дослідження, авторства та/або публікації цієї статті: Доктор Лерман є радником AstraZeneca, CureSpec, Butterfly Biosciences, Beren Therapeutics і Ribocure Pharmaceuticals. Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів.

Фінансування

Автори повідомили про отримання наступної фінансової підтримки для дослідження, авторства та/або публікації цієї статті: Ця робота була частково підтримана номерами гранту NIH: DK120292, DK122734, HL158691 та AG062104.

Список літератури

Lu T, Yang B, Wang R, Qin C. Ксенотрансплантація: поточний стан доклінічних досліджень. Передній імунол. 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 та ін. Вроджена клітинна імунна відповідь при ксенотрансплантації. Передній імунол. 2022;13:858604.

3. Управління з контролю за продуктами й ліками США. Ксенотрансплантація. 2021. Перевірено 21 червня 2022 р. https://www.fda.gov/vaccinesblood-biologis/xenotransplantation

4. Купер DKC, Гастон Р, Екхофф Д, Ладовскі Дж, Ямамото Т, Ван Л, Івасе Х, Хара Х, Тектор М, Тектор AJ. Ксенотрансплантація — сучасний стан і перспективи. Br Med Bull. 2018;125(1): 5–14.

5. Грот К.Г. Потенційні переваги трансплантації органів від свині людині: погляд хірурга-трансплантолога. Індійський Дж Урол. 2007; 23 (3): 305–309.

6. Монтгомері Р.А., Стерн Дж.М., Лонзе Б.Е., Татапуді В.С., Мангіола М., Ву М., Уелдон Е., Лоусон Н., Детервіль С., Дітер Р.А., Салліван Б. та ін. Результати двох випадків ксенотрансплантації нирки свині людині. N Engl J Med. 2022; 386 (20): 1889–98.

7. Кюн Б.М. Перша трансплантація серця від свині до людини знаменує віху в ксенотрансплантації. 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 та ін. Циркулююча специфічна ДНК свині як новий біомаркер для моніторингу відторгнення ксенотрансплантата. Ксенотрансплантація. 2019; 26 (4): e12522.

9. Чан Дж.Л., Мохіуддін М.М. Ксенотрансплантація серця. Трансплантація органів Curr Opin. 2017; 22 (6): 549–54.

10. Ру Ф. А., Саі П., Дешам Ж. Й. Ксенотрансфузії, минуле і сьогодення. Ксенотрансплантація. 2007; 14 (3): 208–16.

11. Снайдер С. Річард Шарп Кіссам, доктор медичних наук, і церопластика у людини. Арка Офтальмол. 1963;70:870–72.

12. Купер DKC, Ekser B, Tector AJ. Коротка історія клінічної ксенотрансплантації. Int J Surg. 2015; 23 (Pt B): 205–10.

13. Silvetti AN, Cotton C, Byrne RJ, Berrian JH, Fernandez Menendez A. Попередні експериментальні дослідження трансплантатів шкіри бичачих ембріонів. Пересадка Бул. 1957; 4 (1): 25–26.

14. Купер DKC. Коротка історія міжвидової трансплантації органів. Proc. 2012; 25 (1): 49–57.

15. Wijkstrom M, Iwase H, Paris W, Hara H, Ezzelarab M, Cooper DKC. Ксенотрансплантація нирки: експериментальний прогрес та клінічні перспективи. Kidney Int. 2017;91(4): 790–96.

For more information:1950477648nn@gmail.com