Ksenotransplantacija: dabartiniai iššūkiai ir nauji sprendimai

Abstraktus

Siekiant išspręsti nuolatinį pakeičiamų organų trūkumą, buvo bandoma ksenotransplantuoti širdį, rageną, odą ir inkstus. Tačiau pagrindinė kliūtis, su kuria susiduria ksenotransplantai, yra atmetimas dėl imuninių reakcijų ciklo į transplantatą. Tiek prisitaikanti, tiek įgimta imuninė sistema prisideda prie šio ciklo, kuriame svarbų vaidmenį atlieka natūralios žudančios ląstelės, makrofagai ir T ląstelės. Nors pažanga genetinio redagavimo srityje gali apeiti kai kurias iš šių kliūčių, biomarkeriai, skirti nustatyti ir numatyti ksenografo atmetimą, dar turi būti standartizuoti. Keletas T-ląstelių žymenų, tokių kaip CD3, CD4 ir CD8, yra naudingi tiek diagnozuojant, tiek numatant ksenografo atmetimą. Be to, įvairių cirkuliuojančių DNR žymenų ir mikroRNR kiekio padidėjimas taip pat numato ksenografo atmetimą. Šioje apžvalgoje apibendriname naujausias išvadas apie ksenotransplantacijos pažangą, daugiausia dėmesio skirdami kiaulės žmogui, imuniteto vaidmeniui ksenografo atmetimui ir jo biomarkeriams.

Imuninis atmetimas yra natūrali reakcija, egzistuojanti kiekvieno žmogaus organizme. Tai organizmo būdas apsisaugoti pašalinant kenksmingas pašalines medžiagas. Kai į žmogaus organizmą persodinamos svetimos ląstelės ar organai, jie dažnai suvokiami kaip kenksmingos medžiagos, sukeliančios imuninės sistemos ataką. Štai kodėl su imuniniu atmetimu galima kovoti naudojant vaistus nuo atmetimo.

Tačiau mūsų naujausi tyrimai parodė, kad imuninė sistema ne tik atpažįsta ir pašalina ksenogenines ląsteles, bet ir sukuria ilgalaikę apsaugą nuo šių ksenogeninių ląstelių. Šio antikūno atsako generavimas pasiekiamas moduliuojant ląstelę: ląstelių sąveiką ir citokinų sekreciją. Šios molekulės ir ląstelės padeda sumažinti atmetimo reakciją, taip pat stiprina organizmo imunitetą ksenografams.

Todėl galime ne tik palengvinti imuninį atmetimą, bet ir padidinti imunitetą stimuliuodami imuninę sistemą. Tai suteikia vilties ksenotransplantacijai. Be to, galime naudoti genų redagavimo priemones, kad pakeistume imuninės sistemos funkciją in vivo, geriau prisitaikytume prie ksenogeninių ląstelių ar organų transplantacijos.

Apibendrinant galima pasakyti, kad ryšys tarp ksenotransplantacijos ir imuniteto yra labai glaudus. Gilindamiesi į tai, kaip reaguoja imuninė sistema, galime sušvelninti imuninį atmetimą transplantacijos metu ir padidinti organizmo atsparumą svetimoms ląstelėms ar organams. Tai ne tik galėtų pažengti į priekį medicinos istorijoje, bet ir prikelti daug gyvybių. Tai rodo imuniteto svarbą žmogaus organizmui. Cistanche gali žymiai pagerinti imunitetą, nes mėsos pelenuose yra įvairių biologiškai aktyvių komponentų, tokių kaip polisacharidai, du grybai ir Huang Li, kurie gali stimuliuoti imuninę sistemą. įvairių tipų ląsteles, didindamos jų imuninį aktyvumą.

Spustelėkite cistanche deserticola papildą

Raktažodžiai

Ksenotransplantacija, imuninis atmetimas, diagnostiniai biomarkeriai, nuspėjamieji biomarkeriai, genetinis redagavimas, ksenoantigenai, tolerancijos indukcija.

Įvadas

Per pastaruosius dešimtmečius pailgėjusi žmonių gyvenimo trukmė padidino vis daugiau lėtinių ligų paplitimą1. Dėl vis didėjančio organų transplantacijos, paskutinės išeities ir galutinio galutinio organų nepakankamumo gydymo, taikymas lėmė tokių organų pasiūlos ir paklausos skirtumus1. Todėl ksenotransplantacija tapo patraukliu sprendimu įveikti šią kliūtį2. JAV Maisto ir vaistų administracija ksenotransplantaciją apibrėžia kaip „bet kokią procedūrą, kurios metu į žmogaus recipientą persodinamos, implantuojamos arba infuzuojamos (a) gyvos ląstelės, audiniai ar organai iš nežmoginio šaltinio arba (b) žmogaus kūno skysčiai, ląstelės, audiniai ar organai, turėję ex vivo sąlytį su gyvomis nežmogiškomis gyvūnų ląstelėmis, audiniais ar organais“3. Šiuo metu pranešta apie ksenotransplantacijos naudojimą daugiausia inkstams, širdims, kepenims, odai ir ragenai4.

Kiaulės yra tinkamiausios rūšys organams rinkti ksenotransplantacijai, nes jų organai yra anatomiškai panašūs į žmonių ir yra tinkami genetiniam modifikavimui5. Jie yra labai veisiami ir dažnai vartojami, o tai atveria kelią etiškam sprendimui naudoti kiaulių organus žmonių ligoms gydyti. Nors genetiniai skirtumai tarp žmonių ir kiaulių yra didesni nei primatų, primatų organų naudojimas nėra tvarus dėl etinių priežasčių ir dėl to, kad dauguma primatų laikomi nykstančiais5. Be to, primatų organai turi didelę galimybę pernešti virusus, galinčius užkrėsti žmones5. Taigi buvo sukurti genų inžinerijos metodai, skirti sumažinti kiaulių ir žmonių genetinius skirtumus1, atveriant kelią kiaulių organų naudojimui ksenotransplantacijai. Iš tiesų, naujausi tyrimai aprašė du sėkmingus kiaulių inkstų persodinimo atvejus pacientams, kuriems smegenys mirė6, o kitame – sėkmingą širdies persodinimo iš kiaulės į žmogų atvejį7. Šie laimėjimai buvo didelis etapas ksenotransplantacijos srityje.

Pagrindinė kliūtis, su kuria susiduria ksenotransplantai, yra imunologinės reakcijos. Nors hiperūminio atmetimo (HAR) mechanizmas ksenografe yra gerai apibrėžtas, ūminio ląstelių atmetimo mechanizmai nėra visiškai suprantami2. Ląstelių atmetimo mechanizmų nustatymas ksenotransplantacijos metu gali būti raktas į ilgesnį ksenotransplantuotų organų išgyvenimą. Be to, skirtingai nei alotransplantacija, trūksta duomenų apie standartizuotus nuspėjamuosius ir diagnostinius ksenotransplantacijos žymenis8, kurie leistų atidžiai stebėti ksenografus9. Šiame straipsnyje trumpai apžvelgsime ksenotransplantacijos istoriją, ksenoantigenus, atsirandančius kaip kliūtis, ir genetines modifikacijas, skirtas šioms kliūtims įveikti. Galiausiai pabrėšime ląstelių imuniteto, suaktyvinto reaguojant į ksenotransplantaciją, vaidmenį ir apibūdinsime imuninius žymenis, naudojamus prognozuoti ir aptikti ksenografo atmetimą.

Trumpa ksenotransplantacijos istorija

17 amžiuje pirmą kartą pranešta apie ksenotransplantacijos (ir kraujo perpylimo) žmonėms atvejį Jean-Baptiste Denis, perpylęs ėriuko kraują 15-metų karščiuojančiam patinui10. Vėliau Denisas toliau perpylė kraują iš ėriukų ir veršelių, tačiau rezultatai buvo skirtingi, todėl Prancūzijos ir Anglijos parlamentai uždraudė perpylimus kelerius metus į priekį10.

1838 m. Sharp-Kissam atliko pirmąją ragenos transplantaciją, implantuodamas kiaulės rageną į 35-metų vyro akį11. XIX amžiuje mokslininkai pradėjo naudoti įvairių gyvūnų, pavyzdžiui, kiaulių, avių, varlių, balandžių ir vištų, odos ksenografus kaip biologinius tvarsčius12 ir galvijų embrioninius odos transplantatus kaip odos tvarsčius13.

XX amžiuje Voronoffas bandė „atjauninti“ pagyvenusius vyrus, atlikdamas keletą šimpanzių ir babuinų sėklidžių transplantacijų14, taip tariamai padidindamas pacientų energijos lygį. 1960-aisiais Reemtsma atliko 13 šimpanzės žmogaus inkstų ksenotransplantacijų, kurių dauguma nepavyko per 4–8 savaites dėl atmetimo ar infekcijų, išskyrus vieną, kuri truko 9 mėnesius ir skrodimo metu nebuvo jokių atmetimo požymių15.

Pirmąją širdies ksenotransplantaciją 1964 m. atliko Hardy su šimpanzės širdimi, kuri buvo per maža ir nepavyko per porą valandų14. Tą pačią epochą Starzl atliko pirmuosius kepenų ksenotransplantacijas su ribota sėkme. Tačiau pradėjus vartoti takrolimuzą (stiprų imunosupresorių), jis atliko du babuino kepenų ksenotransplantacijas žmogui, vienas pacientas išgyveno 70 dienų14,16. Didėjantis -1 tipo diabeto dažnis ir kiaulių bei žmogaus insulino panašumai paskatino svarstyti apie salelių ksenotransplantacijos naudą14. Taigi 1993 m. Groth ir kt.17 atliko pirmąjį kiaulės į žmogų ksenotransplantaciją salelėse, bet nenustatė jokios klinikinės naudos.

Ksenoantigenai ir genetika

Modifikacijos

Pradiniams bandymams atlikti ksenotransplantaciją iš kiaulių į žmogų sutrukdė antikūnų prieš galaktozės -1, 3-galaktozės (Gal) antigeną gamyba18. Maždaug 1 procentas natūraliai susidarančių žmogaus antikūnų yra nukreipti prieš Gal epitopą ir yra atsakingi už kiaulių organų, perfuzuotų žmogaus krauju, HAR18. Gal epitopo atradimas kiaulėse leido išbandyti jo raišką įvairiose gyvūnų rūšyse. 1988 m. Galili ir kt.19 įrodė, kad anti-Gal antikūnas jungiasi prie įvairių primatų žinduolių, prosimijų ir Naujojo pasaulio beždžionių ląstelių, turinčių branduolius, o žmonių, beždžionių ir senojo pasaulio beždžionių fibroblastai nerodė Gal ekspresijos.

Dėl pažangos genomo redagavimo srityje buvo sukurtos genetiškai modifikuotos kiaulės, padedančios įveikti imuninį atmetimą1, visų pirma heterozigotinės Gal-knockout (GKO) kiaulės 2002 m. ir homozigotinės GKO kiaulės 2003 m.20. Pašalinus Gal padidėjo išgyvenamumas kiaulių širdis babuinuose 2–6 mėnesius ir užkirto kelią HAR21, tačiau to nepakako visiškai išvengti imuninės sistemos6, todėl buvo nustatyti du papildomi nonGal epitopai kaip antikūnų taikiniai: NeuGc ir SDa22, 23. Šie antikūnai galėjo atlikti pagrindinį vaidmenį atmetant inkstų ksenotransplantaciją iš kiaulių, kurių galų nuskurdintas, į žmones6. Adams ir kt.24 nustatė, kad pašalinus Gal ir SDa genus, transplantato išgyvenamumas pailgėjo iki 435 dienų persodinant kiaulę primatui. Gal, NeuGc ir SDa antikūnai kartu sudaro daugiau nei 95 procentus antikūnų, susidarančių prieš kiaulių ląsteles22,25 ir gali būti pagrindinė kliūtis klinikinei ksenotransplantacijai.

Tačiau nauji tyrimai su kiaulėmis, sergančiomis Gal, NeuGc ir SDa išmušimu, atskleidė, kad transplantacijos sukeltos koagulopatijos taip pat trukdo ksenotransplantacijos sėkmei ir kad pernelyg didelė žmogaus koaguliaciją reguliuojančių baltymų ekspresija gyvūnų donoruose gali išspręsti šią problemą1. Todėl vienas iš pagrindinių genetinės moduliacijos tikslų tapo reguliuoti transplantato recipientų krešėjimo disfunkciją, pvz., Trombomoduliną (TBM). Kiaulių TBM nepavyksta sėkmingai sąveikauti su žmogaus trombinu, todėl susidaro prokoaguliacinė būsena26. Svarbu tai, kad Miwa ir kt.27 nustatė, kad žmogaus TBM ekspresija kiaulių aortos endotelio ląstelėse sėkmingai reguliuoja koaguliaciją žmogaus plazmoje ir slopino antikūnų sukeltą komplemento aktyvaciją. Be to, antikūnų terapija kartu su žmogaus TBM ekspresija apsaugo nuo humoralinio atmetimo ir krešėjimo disreguliacijos bei padidina transplantato išgyvenamumą ilgiau nei 900 dienų persodinant kiaulių į babuiną širdį28.

Kitas patrauklus kandidatas į genetinį moduliavimą yra endotelio baltymo C receptorius (EPCR). Nors kiaulių EPCR yra suderinamas su žmogaus baltymu-C26, Iwase ir kt.29 nustatė stiprią teigiamą koreliaciją tarp žmogaus trombocitų agregacijos sumažėjimo ir žmogaus EPCR ekspresijos kiaulių aortos endotelio ląstelėse. Galiausiai Wheeler ir kt.30 parodė, kad žmogaus CD39 ekspresija, kuri hidrolizuoja ATP ir ADP ir neleidžia susidaryti trombams, užkirto kelią miokardo išemijai/reperfuzijos pažeidimui transgeninėse kiaulėse.

Taip pat tiriamos kitos genetinės modifikacijos, siekiant nukreipti ląstelių ksenografų atmetimo (CXR) kelius. Pavyzdžiui, dėl žmogaus SIRP ir kiaulių CD47 nesuderinamumo (aptarta vėliau straipsnyje), Tena ir kt.31 naudojo kiaulių kraujodaros ląsteles, ekspresuojančias žmogaus CD47, o tai žymiai padidino įsisavinimo chimerizmą žmogaus kaulų čiulpuose. Žmogaus CD47 ekspresija taip pat lėmė ilgesnį pavianų kiaulių odos transplantatų išgyvenimą, o vienu atveju 53 dienas nebuvo jokių ūminio atmetimo požymių32. Apibendrinant galima pasakyti, kad genetinės modifikacijos yra labai svarbios sėkmingam ksenotransplantacijos perėjimui į klinikines aplinkybes.

Ksenotransplantacijos tolerancijos indukcija

Transplantato recipientams reikalingas intensyvaus imunosupresinio gydymo derinys, o įvairūs bandymai sumažinti dozę buvo nesėkmingi33. Taigi šiuo metu kuriamos toleranciją skatinančios strategijos, skirtos pailginti transplantato išgyvenimo laiką ir galiausiai sustabdyti imunosupresinį gydymą34. Šiuo metu donoro užkrūčio liaukos transplantacija yra veiksmingiausias būdas pasiekti ksenotransplantacijos toleranciją34. Tyrimai parodė, kad po GKO kiaulių inksto ir užkrūčio liaukos transplantacijos pailgėjo kiaulių iki babuino inkstų transplantato išgyvenamumas daugiau nei 6 mėnesius35, 36. Žmonėms Montgomery ir kt.6 persodino GKO kiaulių užkrūčio liauką ir inkstus dviem pacientams, mirusiems nuo smegenų; tačiau stebėjimo laikotarpis buvo per trumpas, kad užkrūčio liauka galėtų pareikšti savo poveikį. Nepaisant to, užkrūčio liaukos sugebėjo revaskuliarizuotis ir išlaikė normalią architektūrą.

Mišrus kaulų čiulpų chimerizmas (MBMW), apimantis tiek donoro, tiek savihematopoetinių kamieninių ląstelių gamybą recipientui po nemieloabliacinių kamieninių ląstelių transplantacijos režimų, leido atlikti alogenines transplantacijas, nepaisant ŽLA barjerų34. Nors MBMW yra sėkmingas kiaulių ir pelių modeliuose, tokius rezultatus buvo sunku pakartoti atliekant kiaulių ir primatų tyrimus 34, 37. Pavyzdžiui, Liang ir kt.38 parodė, kad tik 10 procentų kiaulių į babuiną MBMW buvo sėkmingas persodinimas, o persodinimo nesėkmė buvo susijusi su padidėjusiu anti-gal IgG kiekiu po transplantacijos. Apskritai, norint nustatyti užkrūčio liaukos transplantacijos ir MBMW veiksmingumą skatinant toleranciją, reikia atlikti tolesnius tyrimus.

Histologiniai ir sisteminiai ksenografo atmetimo rezultatai

Per kelias minutes ar valandas po transplantato transplantacijos ksenografą sunaikina HAR – procesas, kurį skatina jau egzistuojantys Gal antikūnai1. Šių antikūnų prisijungimas sukelia komplemento kelio aktyvavimą, kuris sukelia endotelio ląstelių lizę1. Pažymėtina, kad dėl nežinomos priežasties antikūnų išeikvojimas ir komplemento slopinimas paprastai yra veiksmingesnis širdies ir inkstų transplantacijos atveju nei plaučių ir kepenų transplantacijos 39–41. Skirtingai nuo kitų atmetimo tipų, transplantatai neveikia, kai jiems atliekamas HAR39. Histologiškai šiam procesui būdingas didžiulis kraujavimas ir komplementas, imunoglobulino ir fibrino nusėdimas 39.

Ūminis humoralinis ksenografo atmetimas (AHXR), taip pat žinomas kaip uždelstas ksenografo atmetimas, gali būti inicijuotas natūraliai atsirandančių Gal antikūnų arba antikūnų, susidarančių po įjautrinimo transplantatu39. Pastaruoju atveju antikūnai gali būti nukreipti prieš Gal arba ne Gal antigenus, tokius kaip NeuGc ir SDa39. Histologiškai šis procesas primena HAR; tačiau gali būti kraujagyslių nekrozė ir transmuralinė granulocitų infiltracija 39.

Galiausiai, CXR gali atsirasti praėjus dideliam laiko tarpui po ksenotransplantacijos. Priešingai nei HAR ir AHXR, kraujavimo ir fibrino bei imunoglobulino nusėdimų nepastebėta. Komplementų nuosėdos gali būti matomos, tačiau paprastai jos yra mažo intensyvumo 39. CXR mechanizmai bus aprašyti kitame skyriuje.

Sistemiškai ksenografo recipientams būdingos trys komplikacijos: imuninės sistemos ligos, koagulopatijos ir infekcijos. Dėl svarbaus antikūnų vaidmens atmetant ksenografą, įvairiuose recipiento organuose galima pastebėti imuninio komplekso sankaupas39. Po kiaulių ksenotransplantacijos į babuiną Holzknecht ir kt.42 aptiko babuino C3 ir kiaulių von Willebrand faktoriaus sankaupas plaučių recipientų blužnyje ir kepenyse. Įdomu tai, kad babuinai, kurie gavo kiaulių širdis ir inkstus, tokių nuosėdų neparodė. Žiurkės IgG ir IgM sankaupos taip pat buvo aptiktos žiurkių recipientų glomeruluose po kepenų persodinimo iš žiurkėno į žiurkę43.

Atsižvelgiant į nepageidaujamą koagulopatiją, pastebėtą ksenotransplantacijos recipientams, trombozinė mikroangiopatija (TMA) gali išsivystyti kaip mirtina komplikacija po transplantacijos, dėl kurios gali atsirasti trombozė kraujagyslėse ir išeminis pažeidimas1. Trumpai tariant, transplantato recipientai greitai progresuoja į trombocitopeniją, vystosi šistocitai ir yra didelis laktato dehidrogenazės kiekis44. Progresuojant TMA, gali išsivystyti sisteminė vartojimo koagulopatija, dėl kurios recipientas gali mirti45. Tačiau šią problemą galima išspręsti greitai pašalinus ksenografą, slopinant tolesnį krešėjimo faktorių vartojimą ir pagerinant recipiento išgyvenamumą45.

Galiausiai, galimas patogenų perdavimas kelia didelį susirūpinimą atliekant ksenotransplantaciją. Kiaulių patogenai paprastai gali būti suskirstyti į keturias kategorijas: patogenai, užkrečiantys sveikus žmones, patogenai, užkrečiantys žmogaus persodintus recipientus, patogenai, panašūs į žmogaus transplantacijos recipientus, ir kiaulėms būdingi patogenai46. Trečiosios kategorijos patogenai, tokie kaip kiaulių citomegalovirusas (PCMV) ir kiaulių adenovirusas, buvo susiję su sindrominėmis komplikacijomis kiaulių ir nežmoginių primatų ksenografo recipientams46. Pavyzdžiui, PCMV yra atsakingas už išplitusią intravaskulinę koaguliaciją, hematuriją ir sutrumpėjusį transplantato išgyvenamumo laiką persodinant kiaulę į babuiną47,48.

Kiaulėms būdingi patogenai, tokie kaip kiaulių endogeniniai retrovirusai (PERV), kelia vis didesnį susirūpinimą dėl galimos tylaus perdavimo ir genų pakitimų rizikos46.

PERV integruojasi į kiaulių genomą ir gali būti klasifikuojami kaip PERV-A, PERV-B ir PERV-C49. PERV-A ir PERV-B yra visose kiaulių rūšyse, o PERV-C yra tik tam tikrose rūšyse50. Rekombinantinis PERV-A/C, kuriam būdingas didelis titro replikacija, parodė gebėjimą užkrėsti žmogaus ląsteles50. Todėl rekomenduojama patikrinti, ar nėra PERV-C, ir naudoti tik kiaules donores, kuriose nėra viruso50. Iki šiol jokioje literatūroje nėra aprašyti PERV ikiklinikiniuose modeliuose iš kiaulių primatų ir klinikinių transplantacijų žmonėms, tačiau virusų inaktyvavimas gali būti baigtas naudojant genetines modifikacijas, jei reikia49. Apibendrinant, labai svarbu toliau tirti mechanizmus, kurie apeina mirtinas TMA ir vartojamosios koagulopatijos komplikacijas, ir sukurti galimų infekcinių organizmų atrankos tyrimus.

Ląstelinio imuniteto vaidmuo ksenogeniniame atmetime

Imuninis atsakas po ksenotransplantacijos apima ir įgimtą, ir imuninę adaptacinę sistemą1. Nors pagrindinės ląstelės, dalyvaujančios alotransplantato atmetime, yra citotoksiniai T-limfocitai, ksenografinės reakcijos pirmiausia suaktyvina neutrofilus, natūralias žudikas (NK) ląsteles ir makrofagus51. Neutrofilai greitai įsiskverbia į ląstelių ir organų transplantatus52, 53. Po aktyvavimo neutrofilai išskiria neutrofilų tarpląstelinius spąstus (NET), tinklo struktūras, kurios sukelia žalą generuodami reaktyviąsias oksidacines rūšis (ROS) ir išskirdami virškinimo fermentus 2, 54, 55. Be to, makrofagai atpažįsta NET kaip su pažeidimais susijusius molekulinius modelius (DAMP), kurie sukelia citokinų ir uždegiminių žymenų išsiskyrimą (1A pav.)54.

Daugybė tyrimų pranešė apie NK ląstelių įsiskverbimą į ksenografus, o tai susiję su ksenografo atmetimu51, 56. Šios ląstelės sukelia atmetimą dėl tiesioginio citotoksiškumo arba nuo antikūnų priklausomo ląstelių citotoksiškumo (ADCC). Tiesioginį kelią griežtai reguliuoja stimuliuojantys ir slopinantys receptoriai. NK stimuliuojantys receptoriai, tokie kaip natūrali žudikų grupė-2D (NKG2D) ir kiaulių UL16-rišantis baltymas-1 (pULBP-1), jungiasi prie kiaulių ligando NKp44 ir atitinkamai neidentifikuota molekulė57,58, dėl kurios išsiskiria lizinės granulės, tokios kaip granzimai ir perforinas (1B pav.)59. Priešingai, slopinantys receptoriai, į Ig panašus receptorius (KIR), į Ig panašus transkriptas-2 (ILT2) ir CD94, negali lengvai atpažinti kiaulių leukocitų antigeno-1 (SLA1), pagrindinio kiaulių histo suderinamumo. kompleksinė-1 molekulė, slopinanti NK slopinimą ksenografuose58. ADCC kelyje antikūnus, nusėdusius ant ksenografinių ląstelių paviršiaus, NK ląstelės atpažįsta sąveikaudamos su FcRs1. Po aktyvavimo NK ląstelės išskiria granzimus ir perforiną, todėl tikslinių ląstelių apoptozė. Be to, NK ląstelės atpažįsta anti-SLA1 antikūnus, suaktyvindamos ADCC kelią (1C pav.)25.

Makrofagai taip pat buvo susiję su ląstelių transplantatų ir organų transplantatų atmetimu60. Peterson ir kt.61 parodė, kad ksenogeninis Gal yra tiesioginis žmogaus monocitų ligandas. Be to, kiaulių ląstelių imuniniai kompleksai su ksenogeniniais antikūnais, tokiais kaip anti-Gal antikūnai, jungiasi prie Fc receptoriaus (Fc R) ir sukuria aktyvacijos signalą62. Suaktyvinti makrofagai prisideda prie užburto ksenografų naikinimo ciklo, kur juos suaktyvina T ląstelės ir, savo ruožtu, suaktyvina daugiau T ląstelių63. Be to, makrofagai sukelia tiesioginį citotoksiškumą gamindami citokinus, tokius kaip naviko nekrozės faktorius (TNF)-, interleukinas-1 (IL-1) ir IL-6 (1D pav.)64. . Kalbant apie slopinamąjį grįžtamąjį ryšį, signalizacijos reguliavimo baltymo (SIRP-)-CD47 kelias yra svarbus makrofagų aktyvumo reguliatorius1,65. Įrodyta, kad CD47 kelias reguliuoja eritrocitų, trombocitų ir hematopoetinių kamieninių ląstelių homeostazę66. SIRP-a atpažįsta CD47 kaip „nevalgyti“ signalą, tokiu būdu slopindamas fagocitinį aktyvumą65 – signalą, kurį vėžio ląstelės naudoja siekdamos išvengti imuninės priežiūros. Tačiau Wang ir kt.67 pranešė apie CD47 nesuderinamumą tarp rūšių po ksenotransplantacijos, o tai lemia neveiksmingą makrofagų slopinimą.

Kaip ir transplantato transplantacijos atveju, T-ląstelių aktyvacija yra tarpininkaujama ksenografo atmetimo metu tiesioginiais ir netiesioginiais būdais 1, 68. Tiesioginiu būdu sąveika tarp SLA-1 ir -2 kompleksų su T-ląstelių receptoriais sukelia adaptyvaus imuninio atsako prieš ksenografą aktyvavimą (1E pav.)1. Netiesioginiu būdu ksenogeninių antigenų pristatymas recipientų ląstelėse suaktyvina CD4 plius T ląsteles, sukeldamas antikūnų gamybos ir B ląstelių aktyvacijos kaskadą (1F pav.)1. Galiausiai, citokinai, pagaminti naudojant šį mechanizmą, žymiai padidina NK ląstelių ir makrofagų citotoksiškumą69.

Kaip minėta aukščiau, B ląstelės vaidina svarbų vaidmenį atmetant ksenografus. B-ląstelių išeikvojimas padidino išgyvenamumą 8 mėnesiais po kiaulių širdies persodinimo babuinams, o tai rodo, kad B ląstelės turi reikšmingą vaidmenį ksenotransplantacijos atmetimo procese, ypač uždelstas ksenotransplantacijos atmetimas70. B ląstelės gamina anti-Gal antikūną, kuris nukreiptas į Gal antigenus, ekspresuojamus kiaulių audiniuose71, ir prisijungia prie jo antigeno, todėl susidaro kompleksas. Iš tiesų, anti-Gal antikūnų išeikvojimas lemia palankesnius rezultatus, dar labiau įtraukiant B ląsteles į ksenotransplantų atmetimą71–73. Anti-Gal antikūnus gaminančių žmonių B-ląstelių subpopuliacijų fenotipinės savybės nenustatytos 72. Vienas tyrimas parodė, kad blužnies B ląstelės gamina anti-Gal antikūnus, o pilvaplėvės B ląstelės negamina, nors jos išreiškia antikūnus -Gal receptoriai 73. Galima teigti, kad tiek įgimta, tiek adaptyvi imuninė sistema atlieka svarbų vaidmenį atmetant ksenotransplantaciją.

Ksenografo atmetimo biomarkeriai

Ksenografo atmetimo stebėjimo metodų standartizacijos trūkumas lemia esminį poreikį nustatyti žymenis, kurie gali būti naudojami diagnozuojant ir prognozuojant atmetimą8. Kaip nurodyta 1 lentelėje, Montgomery ir kt.6 pastebėjo židininį C4d nusėdimą praėjus 54 valandoms po kiaulės inksto persodinimo žmogui, bet jokių kitų reikšmingų histologinių ar imunologinių antikūnų sukelto pažeidimo požymių. Zhou ir kt.8 taip pat nustatė, kad CD68 plius makrofagai ir kai kurios CD3 plius T ląstelės infiltravo ksenografus kiaulių ir pelių modeliuose 3 dieną po transplantacijos.

Atsižvelgiant į tai, kad NK ląstelės yra pagrindinis infiltruojančių ląstelių tipas, identifikuotas ksenografuose51, 56, 81, Lin ir kt.74 naudojo tokius žymenis kaip NK1.1 ir DX5, kad nustatytų NK ląsteles kiaulės ir pelės modeliuose. Naudodami modifikuotą ADCC tyrimą, Chen ir kt.76 nustatė, kad į rinkliavą panašių receptorių-2 (TLR2) mRNR ir baltymai taip pat buvo sureguliuoti kiaulių klubinės arterijos endotelio ląstelėse po sąlyčio su žmogaus serumu. Be to, kiaulių priešuždegiminių chemokinų CCL2 ir CXCL8 lygis taip pat padidėjo dėl TLR{16}}tarpininkaujamo kelio76. Šie duomenys rodo, kad TLR2 blokavimas gali pailginti ksenografo išgyvenimą.

Transplantato biopsijos gali sukelti infekciją, randus arba sukelti atmetimą dėl imuninės sistemos aktyvinimo po traumos75. Todėl svarbu nustatyti neinvazinius atmetimo žymenis, kad būtų galima juos taikyti klinikinėje ksenotransplantacijoje. Montgomery ir kt. 6 aptiko IgM ir IgG antikūnus, nukreiptus prieš ne- -Gal antigenus pacientų, kuriems persodintas inkstas iš kiaulės į žmogų, serume. Kadangi IgM apsiriboja kraujagyslių erdve, jo pašalinimas per plazmaferezę teoriškai gali būti įtrauktas į būsimus ksenotransplantacijos tyrimus, kuriuose dalyvauja žmonės6.

Cirkuliuojanti DNR išsiskiria po ląstelių mirties arba apoptozės, kurios laikomos klasikiniais ksenotransplantacijos atradimais8. Cirkuliuojančios kiaulėms specifinės DNR (cDNR) išsiskyrimas atspindi imuninių ląstelių įsiskverbimą į transplantatą ir prieš kiaulių IgM/IgG antikūnų gamybą kiaulių ir pelių modeliuose8. Be to, cpsDNA taip pat davė palyginamų rezultatų su beždžionėmis, o tai rodo galimą galimybę klinikinėje aplinkoje8. Panašiai DNR be ląstelių (cfDNR) lygis taip pat koreliuoja su audinių pažeidimu ksenografijos modeliuose 77.

Nors duomenų apie organams specifines mikroRNR (miRNR) ksenotransplantuose tebėra ribota, jie rodo daug žadantį naudojimą kaip atmetimo biomarkerius78. Ūminio kepenų nepakankamumo kiaulių modelyje buvo susietas įvairių kiaulių miRNR, įskaitant ssc-miR-122, ssc-miR-192 ir ssc-miR-124-1, kiekis plazmoje. atitinkamai su kepenų, inkstų ir smegenų pažeidimais82. Dauguma miRNR yra išsaugotos tarp rūšių, o tai riboja jų naudojimą ksenotransplantacijos srityje78, 83. Tačiau kai kurios miRNR, pvz., kiaulėms būdingas SSC-miR-199 b, gali būti naudingos, nes gali būti atskirtos nuo žmogaus atitikmenų ir yra ekspresuojamos kepenyse, širdyje ir plaučiuose78.

Viename tyrime taip pat buvo pastebėtas padidėjęs miR-146a ir miR-155 kiekis širdies ksenotransplantacijose ir įvertintas imunosupresinio gydymo poveikis jų ekspresijai širdies ksenotransplantacijos modeliuose nuo pelės iki žiurkės. Lyginant su imunosupresiniais gyvūnais, Zhao ir kt.79 nustatė reikšmingą miR-146a lygio sumažėjimą ir miR-155 ekspresijos padidėjimą – pokyčius, dėl kurių recipientai sukelia priešuždegiminę būseną. Pažymėtina, kad miR-146a vaidina svarbų vaidmenį slopindama uždegimines sąlygas, nukreipdama į įvairius NF-κB kelius84, o miRNR-155 taip pat buvo pranešta kaip TNF ekspresijos promotorius85. Visi šie atradimai gali suteikti informacijos apie galimą miRNR naudojimą kaip biomarkerius ir RNR trukdančios imunoterapijos taikinius.

Neseniai atliktas tyrimas su nežmoginiais primatais taip pat pranešė apie padidėjusį C3 kiekį vandeniniame skystyje prieš atmetimą80. Galiausiai, didelis CD4 plius / CD8 plius kraujo ląstelių santykis yra susijęs su trumpesniu transplantato išgyvenimo laiku, kai persodinamos kiaulės į nežmones saleles86. Tačiau norint įvertinti siūlomų žymenų jautrumą ir specifiškumą, reikia atlikti tolesnius tyrimus.

Išvada

Atsižvelgiant į pastarojo meto organų trūkumą, ksenotransplantacija galėtų būti labai reikalingas sprendimas pacientams, kuriems reikia organų persodinimo. Istoriškai pagrindinė kliūtis, sukėlusi ksenotransplantaciją iš kiaulių šaltinių, buvo Gal epitopo buvimas. Tačiau genetinis moduliavimas leido sukurti kiaulių modelius, kuriuose nebuvo šio epitopo. Dėl šios pažangos pailgėjo ksenografų išgyvenamumas žmonėms ir apšviečiami kiti epitopai, tokie kaip NeuGc ir SDa, kurie sukelia imuninį atmetimą. Taigi, tyrimais buvo siekiama nustatyti imuninius mechanizmus, kurie sukelia atmetimą. Nustatyta, kad NK ląstelės, makrofagai ir T ląstelės yra pagrindiniai imuninės sistemos vaidmens atmetant ksenografus.

Be to, metodai, naudojami ksenotransplantacijų atmetimui nustatyti, yra pagrįsti tais, kurie naudojami alotransplantacijai dėl standartizacijos stokos. T-ląstelių žymenys, tokie kaip CD3, CD4 ir CD8, atrodo perspektyvūs kaip nuspėjamieji ir diagnostiniai atmetimo žymenys. Ląstelių pažeidimo žymenys, tokie kaip cpsDNA ir cfDNA, taip pat buvo nustatyti kaip ankstyvieji nuspėjamieji atmetimo biomarkeriai. Įvairios miRNR taip pat buvo pripažintos kaip atmetimo žymenys ir galimi taikiniai kuriant naujas imunoterapijos strategijas. Galiausiai, ne- -Gal IgG ir IgM antikūnų aptikimas neseniai buvo naudojamas kaip kiaulės žmogaus inkstų transplantacijos atmetimo žymuo. Atsižvelgiant į naujausius pasiekimus šioje srityje, ksenotransplantacija galiausiai gali tapti perspektyvia klinikine galimybe. Nepaisant to, reikia tolesnės pažangos siekiant įveikti TMA ir vartojamosios koagulopatijos komplikacijas. Be to, reikia atlikti daugiau tyrimų, kad būtų galima palyginti įvairius žymenis ir nustatyti „auksinio standarto“ atmetimo žymenį ksenotransplantacijos metu.

Etinis patvirtinimas

Šis rankraštis yra apžvalginis straipsnis, kuriame nėra jokių etinių problemų. Visi autoriai peržiūrėjo ir patvirtino galutinę rankraščio versiją.

Žmogaus ir gyvūnų teisių pareiškimas

Šiame tyrime nedalyvavo jokie žmonės ar gyvūnai.

Informuoto sutikimo pareiškimas

Šiame straipsnyje neapima jokie žmonės, todėl informuotas sutikimas netaikomas.

Interesų konflikto deklaracija

Autorius (-iai) paskelbė apie šiuos galimus interesų konfliktus, susijusius su šio straipsnio tyrimu, autoryste ir (arba) publikavimu: Dr. Lerman yra AstraZeneca, CureSpec, Butterfly Biosciences, Beren Therapeutics ir Ribocure Pharmaceuticals patarėjas. Autoriai deklaruoja, kad nėra interesų konflikto.

Finansavimas

Autorius (-iai) atskleidė, kad gavo šią finansinę paramą šio straipsnio tyrimams, autorystei ir (arba) publikavimui: Šis darbas buvo iš dalies paremtas NIH dotacijų numeriais: DK120292, DK122734, HL158691 ir AG062104.

Nuorodos

Lu T, Yang B, Wang R, Qin C. Ksenotransplantacija: dabartinė ikiklinikinių tyrimų būklė. Priekinis imunolis. 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 ir kt. Įgimtas ląstelių imuninis atsakas ksenotransplantacijos metu. Priekinis imunolis. 2022;13:858604.

3. JAV maisto ir vaistų administracija. Ksenotransplantacija. 2021 m. Pasiekta 2022 m. birželio 21 d. https://www.fda.gov/vaccinesblood-biologics/xenotransplantation

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

5. Groth CG. Galimi organų persodinimo iš kiaulės žmogui pranašumai: transplantacija Chirurgo požiūris. Indas 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 ir kt. Dviejų kiaulės žmogaus inkstų ksenotransplantacijos atvejų rezultatai. N Engl J Med. 2022; 386(20): 1889–98.

7. Kuehn BM. Pirmasis kiaulės širdies persodinimas žmogui yra svarbus ksenotransplantacijos etapas. Tiražas. 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 ir kt. Cirkuliuojanti kiaulėms būdinga DNR kaip naujas biomarkeris ksenografo atmetimui stebėti. Ksenotransplantacija. 2019;26(4): e12522.

9. Chan JL, Mohiuddin MM. Širdies ksenotransplantacija. Curr Opin organų transplantacija. 2017;22(6): 549–54.

10. Roux FA, Saï P, Deschamps JY. Ksenotransfuzijos, buvusios ir dabartinės. Ksenotransplantacija. 2007;14(3): 208–16.

11. Snyder C. Richard Sharp Kissam, MD, ir ceroplastika žmoguje. Arch Oftalmolis. 1963;70:870–72.

12. Cooper DKC, Ekser B, Tector AJ. Trumpa klinikinės ksenotransplantacijos istorija. Int J Surg. 2015;23(Pt B): 205–10.

13. Silvetti AN, Cotton C, Byrne RJ, Berrian JH, Fernandez Menendez A. Preliminarūs eksperimentiniai galvijų embrionų odos transplantatų tyrimai. Persodinti bulius. 1957;4(1): 25–26.

14. Cooper DKC. Trumpa įvairių rūšių organų transplantacijos istorija. Proc. 2012;25(1): 49–57.

15. Wijkstrom M, Iwase H, Paris W, Hara H, Ezzelarab M, Cooper DKC. Inkstų ksenotransplantacija: eksperimentinė pažanga ir klinikinės perspektyvos. Kidney Int. 2017;91(4): 790–96.

For more information:1950477648nn@gmail.com