Ksenotransplantatsioon: praegused väljakutsed ja uued lahendused

Abstraktne

Asendamiseks saadaolevate elundite jätkuva puuduse lahendamiseks on püütud südame, sarvkesta, naha ja neerude ksenotransplantatsiooni. Ksenotransplantaatide peamine takistus on aga siiriku immuunreaktsioonide tsükli tõttu äratõukereaktsioon. Sellesse tsüklisse aitavad kaasa nii adaptiivne kui kaasasündinud immuunsüsteem, milles looduslikud tapjarakud, makrofaagid ja T-rakud mängivad olulist rolli. Kuigi geneetilise redigeerimise valdkonna edusammud võivad mõnda neist takistustest mööda hiilida, tuleb ksenotransplantaadi äratõukereaktsiooni tuvastamiseks ja ennustamiseks biomarkereid veel standardida. Mitmed T-raku markerid, nagu CD3, CD4 ja CD8, on kasulikud nii ksenotransplantaadi äratõukereaktsiooni diagnoosimisel kui ka ennustamisel. Lisaks ennustab ksenotransplantaadi äratõukereaktsiooni ka erinevate ringlevate DNA markerite ja mikroRNA-de taseme tõus. Selles ülevaates võtame kokku hiljutised tulemused ksenotransplantatsiooni edusammude kohta, keskendudes sigadelt inimesele, immuunsuse rollile ksenotransplantaadi äratõukereaktsioonis ja selle biomarkeritele.

Ksenotransplantatsioon viitab bioloogiliste kudede või elundite siirdamisele ühelt liigilt teisele. Tavalisteks näideteks on loomade, näiteks sigade ja ahvide südame ja neerude siirdamine inimesele. Ksenotransplantatsioonil on aga sageli silmitsi immuunsüsteemi äratõukereaktsiooni probleemiga, st organismi immuunsüsteem ründab ja tapab võõrallikatest pärit kudesid ja elundeid, mille tulemuseks on siirdamise ebaõnnestumine.

Selle probleemi lahendamiseks uurivad teadlased pidevalt uusi võimalusi siirdatud objektide ellujäämise parandamiseks. Üks lähenemisviis on immunosupressantide kasutamine, et vältida keha immuunsüsteemi ksenotransplantaadi ründamist. Seda tüüpi immunosupressandid võivad pärssida immuunrakke, näiteks T-rakke inimese immuunsüsteemis, vähendades seeläbi rünnakut siirdatud keha vastu.

Lisaks püüavad teadlased kasutada geenide redigeerimise tehnoloogiat, et luua spetsiifilisi loomamudeleid, nagu sead ja ahvid, mis toodavad vähem rakupinna molekule, mis põhjustavad immuunsüsteemi äratõukereaktsiooni, vähendades seeläbi tõenäosust, et keha immuunsüsteem ründab ksenografte.

Üldiselt, kuigi ksenotransplantatsioon seisab endiselt silmitsi paljude väljakutsetega, pakub kaasaegse meditsiinitehnoloogia pidev areng uusi võimalusi nende probleemide ületamiseks. Tulevased uuringud ja praktika edendavad jätkuvalt inimese ksenotransplantatsioonitehnoloogia edenemist ja arengut, pakkudes rohkematele inimestele lootust ja võimalusi uuestisünniks. Sellest vaatenurgast peame immuunsust parandama. Tistanche võib oluliselt parandada immuunsust, kuna lihatuhk sisaldab mitmesuguseid bioloogiliselt aktiivseid koostisosi, nagu polüsahhariide, kaks seent ja Huangli jne. Need koostisosad võivad stimuleerida immuunsüsteemi. Erinevat tüüpi rakud, suurendavad nende immuunaktiivsust.

Klõpsake Cistanche'i kasulikkust tervisele

Märksõnad

Ksenotransplantatsioon, immuunsüsteemi äratõukereaktsioon, diagnostilised biomarkerid, ennustavad biomarkerid, geneetiline redigeerimine, ksenoantigeenid, tolerantsuse esilekutsumine.

Sissejuhatus

Inimeste eluea pikenemine viimastel aastakümnetel on suurendanud krooniliste haiguste levimust1. Elundite siirdamise, viimase abinõuna ja lõppstaadiumis elundipuudulikkuse lõpliku ravi üha leviv kasutamine on toonud kaasa ebavõrdsuse selliste elundite pakkumises ja nõudluses1.

Seetõttu on ksenotransplantatsioonist saanud ahvatlev lahendus selle takistuse ületamiseks2. USA Toidu- ja Ravimiamet määratleb ksenotransplantatsiooni kui "mis tahes protseduuri, mis hõlmab (a) mitte-loomsest allikast pärinevate elusrakkude, kudede või elundite siirdamist, implanteerimist või infusiooni inimretsipiendisse või (b) inimkehavedelikke, rakud, kuded või elundid, mis on ex vivo kokku puutunud elusate loomadega, kes ei ole inimesed, rakkude, kudede või organitega"3. Praegu on ksenotransplantaadi kasutamisest teatatud peamiselt neerude, südame, maksa, naha ja sarvkesta puhul4.

Sead on ksenotransplantatsiooni jaoks elundite kogumiseks eelistatud liik, kuna neil on inimesega anatoomiliselt sarnased elundid ja need sobivad geneetiliseks muundamiseks.

Nad on kõrgelt aretatud ja sageli tarbitavad, vabastades tee eetilisele otsusele kasutada sea organeid inimeste haiguste raviks. Kuigi inimeste ja sigade geneetilised lahknevused on suuremad kui primaatide omad, ei ole primaatide elundite kasutamine eetilistel põhjustel jätkusuutlik ja kuna enamikku primaate peetakse ohustatuks.

Lisaks on primaatide elunditel märkimisväärne võimalus kanda viirusi, mis võivad inimesi nakatada5. Seetõttu on välja töötatud geenitehnoloogia tehnikad sigade ja inimeste geneetiliste erinevuste vähendamiseks1, sillutades teed seaorganite kasutamiseks ksenotransplantaatide jaoks. Hiljutised uuringud kirjeldasid tõepoolest kahte edukat neerusiirdamise juhtumit sigadelt ajusurnud patsientidele6 ja ühes teises juhtumis kirjeldati edukat südamesiirdamise juhtumit sealt inimesele7. Need läbimurded tähistasid suurt verstaposti ksenotransplantatsiooni valdkonnas.

Ksenotransplantaatide peamine takistus on immunoloogilised reaktsioonid. Kuigi ksenotransplantaadi hüperägeda äratõukereaktsiooni (HAR) taga olev mehhanism on hästi määratletud, ei ole ägeda raku äratõukereaktsiooni mehhanismid täielikult mõistetavad2. Ksenotransplantatsiooni rakkude äratõukereaktsiooni taga olevate mehhanismide tuvastamine võib olla ksenotransplanteeritud elundite pikema ellujäämise võti. Lisaks puuduvad erinevalt allotransplantatsioonist andmed ksenotransplantatsiooni standardiseeritud ennustavate ja diagnostiliste markerite8 kohta, mis võimaldaksid ksenotransplantaatide hoolikat jälgimist9.

Selles artiklis käsitleme lühidalt ksenotransplantatsiooni ajalugu, takistustena esinevaid ksenoantigeene ja geneetilisi modifikatsioone nende takistuste ületamiseks. Lõpuks tõstame esile vastuseks ksenotransplantatsioonile aktiveeritud rakulise immuunsuse rolli ja kirjeldame immuunmarkereid, mida kasutatakse ksenotransplantaadi äratõukereaktsiooni ennustamiseks ja tuvastamiseks.

Ksenotransplantatsiooni lühiajalugu

17. sajandil viis esimene ksenotransplantatsiooni (ja vereülekande) juhtum inimestele läbi Jean-Baptiste Denis, kes kandis lamba verd 15-aastasele palaviku all kannatavale mehele10. Seejärel jätkas Denis tallede ja vasikate vereülekannet, kuid erinevate tulemustega, mistõttu Prantsusmaa ja Inglise parlament keelasid vereülekanded veel mitmeks aastaks10.

1838. aastal tegi Sharp-Kissam esimese sarvkesta siirdamise, siirdades sea sarvkesta 35-aastase mehe11 silma. 19. sajandil hakkasid teadlased kasutama bioloogiliste sidemetena erinevate loomade, nagu sigade, lammaste, konnade, tuvide ja kanade naha ksenotransplantaate12 ja nahakattena veiste embrüonaalseid nahasiirdeid13.

20. sajandil püüdis Voronoff eakaid mehi "noorendada", viies läbi mitu šimpansi ja paaviani munandisiirdamist14, tõstes sellega väidetavalt patsientide energiataset. 1960. aastatel viis Reemtsma läbi 13 šimpansi ja inimese neeru ksenotransplantatsiooni, millest enamik ebaõnnestus äratõukereaktsiooni või infektsioonide tõttu 4–8 nädala jooksul, välja arvatud üks, mis kestis 9 kuud ja lahkamisel ei olnud äratõukereaktsiooni märke15.

Esimese südame ksenotransplantatsiooni tegi 1964. aastal Hardy šimpansi südamega, mis oli liiga väike ja ebaõnnestus paari tunni jooksul14. Samal ajastul tegi Starzl esimesed teatatud maksa ksenotransplantaadid piiratud eduga. Pärast takroliimuse (tugev immunosupressor) kasutuselevõttu tegi ta aga kaks paavianist inimesele maksa ksenotransplantatsiooni, kusjuures üks patsient elas 70 päeva 14,16. Tüüpi -1 diabeedi esinemissageduse tõus ning sea- ja iniminsuliini sarnasused ajendasid mõtisklema saarekeste ksenotransplantatsiooni kasulikkuse üle14. Seega korraldasid Groth jt 1993. aastal esimese sea-inimese saarekeste ksenotransplantatsiooni, kuid ei tuvastanud kliinilist kasu.

Ksenoantigeenid ja geneetiline

Modifikatsioonid

Esialgseid katseid sigadelt inimesele siirdada ksenotransplantatsioone takistas galaktoosi -1, 3-galaktoosi (Gal) antigeeni vastaste antikehade tootmine18. Ligikaudu 1% looduslikult esinevatest inimese antikehadest on suunatud Gal epitoobi vastu ja vastutavad inimese verega perfuseeritud seaorganite HAR-i eest18. Gal epitoobi avastamine sigadel viis selle ekspressiooni testimiseni erinevates loomaliikides. 1988. aastal näitasid Galili et al.19, et Galli-vastane antikeha seondub mitteprimaatide imetajate, sugulaste ja uue maailma ahvide erinevate tuumadega rakkudega, samas kui inimeste, inimahvide ja vana maailma ahvide fibroblastid ei näidanud Gal ekspressiooni.

Edusammud genoomilise redigeerimise vallas on viinud geneetiliselt muundatud sigade väljatöötamiseni immuunsüsteemi äratõukereaktsiooni ületamiseks1, eelkõige heterosügootsete Gal-knockout (GKO) sigade väljatöötamiseni 2002. aastal ja homosügootsete GKO sigadeni 2003. aastal20. Gal elimineerimine suurendas sigade ellujäämist. sea ​​südamed paavianidel 2–6 kuud ja takistas HAR21, kuid ei olnud piisav immuunsüsteemi täielikuks vältimiseks6, mille tulemusel tuvastati kaks täiendavat nonGal epitoopi kui antikehade sihtmärke: NeuGc ja SDa22, 23. Need antikehad võisid mängida võtmerolli neerude ksenotransplantaadi äratõukes Gal-vaesestatud sigadelt inimestele6. Adams et al.24 leidsid, et nii Gal kui ka SDa geenide elimineerimine pikendas siiriku elulemust sealt primaadile siirdamisel kuni 435 päevani. Kollektiivselt moodustavad Gal, NeuGc ja SDa antikehad enam kui 95 protsenti searakkude vastu moodustunud antikehadest22,25 ja võivad olla kliinilise ksenotransplantatsiooni edenemise peamiseks takistuseks.

Siiski näitasid uued uuringud sigadel, kellel on Gal, NeuGc ja SDa knockout, et siirdamisest põhjustatud koagulopaatiad takistavad ka ksenotransplantatsiooni edukust ja et inimese hüübimist reguleerivate valkude üleekspressioon loomadoonoritel võib selle probleemi lahendada1. Seetõttu on geneetilise modulatsiooni üheks peamiseks eesmärgiks saanud transplantaadi retsipientide, näiteks trombomoduliini (TBM) hüübimishäirete reguleerimine. Sigade TBM ei suuda edukalt suhelda inimese trombiiniga, mis viib koagulatsiooni soodustava olekuni26. Oluline on see, et Miwa et al.27 leidsid, et inimese TBM ekspressioon sea aordi endoteelirakkudes reguleeris edukalt koagulatsiooni inimese plasmas ja inhibeeris antikehade poolt indutseeritud komplemendi aktivatsiooni. Lisaks takistab antikeharavi koos inimese TBM ekspressiooniga humoraalset äratõukereaktsiooni ja hüübimishäireid ning suurendab siiriku elulemust sea-paaviani südamesiirdamise korral üle 900 päeva28.

Teine atraktiivne geneetilise modulatsiooni sihtmärk on endoteelivalgu C retseptor (EPCR). Kuigi sea EPCR ühildub inimese valgu-C26-ga, leidsid Iwase et al.29 tugeva positiivse korrelatsiooni inimese trombotsüütide agregatsiooni vähenemise ja inimese EPCR ekspressiooni vahel sea aordi endoteelirakkudes. Lõpuks näitasid Wheeler et al.30, et inimese CD39 ekspressioon, mis hüdrolüüsib ATP-d ja ADP-d ning takistab trombide moodustumist, hoidis ära müokardi isheemia/reperfusioonikahjustuse transgeensetel sigadel.

Samuti uuritakse teisi geneetilisi modifikatsioone, et sihtida raku ksenotransplantaadi hülgamisradasid (CXR). Näiteks inimese SIRP- ja sea CD47 kokkusobimatuse tõttu (seda käsitletakse artiklis hiljem) kasutasid Tena et al.31 sea vereloome rakke, mis ekspresseerisid inimese CD47, mis suurendas oluliselt inimese luuüdis siirdamise kimäärsust. Inimese CD47 ekspressioon põhjustas ka sigade nahatransplantaatide pikemaajalise ellujäämise paavianidel, kusjuures ühel juhul ei ilmnenud ägeda äratõukereaktsiooni märke 53 päeva jooksul32. Kokkuvõtteks võib öelda, et geneetilised modifikatsioonid on ksenotransplantatsiooni edukaks üleminekuks kliinilistesse tingimustesse võtmetähtsusega.

Tolerantsuse esilekutsumine ksenotransplantatsioonis

Transplantaadi retsipiendid vajavad intensiivse immunosupressiivse ravi kombinatsiooni ja mitmed katsed annust vähendada on ebaõnnestunud33. Seetõttu töötatakse praegu välja tolerantsust indutseerivaid strateegiaid, et pikendada siiriku elulemust ja lõpuks peatada immunosupressiivne ravi34. Praegu on doonori tüümuse siirdamine kõige tõhusam meetod ksenotransplantatsiooni tolerantsuse saavutamiseks34. Uuringud on näidanud sigade ja paaviani neerutransplantaadi elulemuse pikenemist rohkem kui 6 kuud pärast GKO sea neeru ja tüümuse siirdamist35, 36. Inimestel siirdasid Montgomery jt 6 sigade GKO tüümuse ja neeru kahele ajusurmas patsiendile; jälgimisperiood oli aga liiga lühike, et harknääre saaks oma mõju avaldada. Sellest hoolimata suutsid tüümused revaskulariseerida ja säilitada normaalse arhitektuuri.

Segatud luuüdi kimäärsus (MBMW), mis hõlmab nii doonor- kui ka isehematopoeetiliste tüvirakkude tootmist retsipiendi poolt pärast mittemüeloablatiivseid tüvirakkude siirdamise režiime, on võimaldanud allogeenseid siirdamisi sõltumata HLA tõketest34. Kuigi MBMW on sea-hiire mudelites edukas, on selliste tulemuste kordamine sea-primaadi uuringutes olnud keeruline34,37. Näiteks Liang et al.38 näitasid, et ainult 10 protsenti sigadelt paaviani MBMW-dest andis tulemuseks eduka siirdamise, kusjuures siirdamise ebaõnnestumine oli seotud mitte-Gal IgG-vastase suurenenud tasemega pärast siirdamist. Üldiselt on vaja täiendavaid uuringuid, et määrata kindlaks tüümuse siirdamise ja MBMW efektiivsus tolerantsuse esilekutsumisel.

Ksenotransplantaadi äratõukereaktsiooni histoloogilised ja süsteemsed tulemused

Mõne minuti või tunni jooksul pärast transplantaadi siirdamist hävitab ksenotransplantaadi HAR – protsess, mida vahendavad juba olemasolevad Gal-antikehad1. Nende antikehade seondumine viib komplemendi raja aktiveerimiseni, mis põhjustab endoteelirakkude lüüsi1. Nimelt on teadmata põhjusel antikehade kahanemise ja komplemendi pärssimise mõju südame- ja neerusiirdamise korral üldiselt tõhusam kui kopsu- ja maksasiirdamise korral39–41. Erinevalt teistest äratõukereaktsiooni tüüpidest ei näita transplantaadid HAR39 läbimisel funktsionaalsust. Histoloogiliselt iseloomustab seda protsessi massiline hemorraagia ja komplement, immunoglobuliini ja fibriini ladestumine 39.

Äge humoraalne ksenotransplantaadi äratõukereaktsioon (AHXR), tuntud ka kui hilinenud ksenotransplantaadi äratõukereaktsioon, võib olla põhjustatud looduslikult esinevatest Gal-antikehadest või antikehadest, mis on moodustunud pärast siiriku sensibiliseerimist39. Viimasel juhul võivad antikehad olla suunatud Gal või mitte-Gal antigeenide, nagu NeuGc ja SDa39, vastu. Histoloogiliselt sarnaneb see protsess HAR-iga; siiski võib esineda veresoonte nekroos ja transmuraalne granulotsüütide infiltratsioon39

Lõpuks võib CXR ilmneda pärast märkimisväärset viivitust pärast ksenotransplantatsiooni. Vastupidiselt HAR-ile ja AHXR-ile ei täheldata hemorraagiat ega fibriini ja immunoglobuliini ladestumist. Komplemendi ladestumist võib näha, kuid need on tavaliselt madala intensiivsusega 39. CXR-i aluseks olevaid mehhanisme kirjeldatakse järgmises jaotises.

Süsteemselt iseloomustavad ksenotransplantaadi retsipiente kolm tüsistust: immuunkompleksi haigused, koagulopaatiad ja infektsioonid. Antikehade olulise rolli tõttu ksenotransplantaadi äratõukereaktsioonis võib erinevates retsipientorganites näha immuunkompleksi ladestusi39. Pärast sea-paaviani ksenotransplantatsiooni avastasid Holzknecht jt 42 paaviani C3 ja sea von Willebrandi faktori ladestused kopsuretsipientide põrnas ja maksas. Huvitaval kombel ei ilmnenud sigade südameid ja neere saanud paavianidel selliseid ladestusi. Roti IgG ja IgM ladestusi on leitud ka retsipientrottide glomerulites pärast hamstrilt rotile maksa siirdamist43.

Arvestades ksenotransplantaadi retsipientidel täheldatud ebasoodsat koagulopaatiat, võib trombootiline mikroangiopaatia (TMA) areneda surmava tüsistusena pärast siirdamist, mis põhjustab veresoonte tromboosi ja isheemilist vigastust1. Lühidalt, siiriku retsipiendid arenevad kiiresti trombotsütopeeniaks, arenevad skistotsüüdid ja neil on kõrge laktaatdehüdrogenaasi sisaldus44. TMA progresseerumisel võib areneda süsteemne konsumptiivne koagulopaatia, mis viib retsipiendi surmani45. Selle probleemi saab siiski lahendada ksenotransplantaadi kiire eemaldamisega, pärssides hüübimisfaktorite edasist tarbimist ja parandades retsipientide ellujäämist45.

Lõpuks on ksenotransplantatsiooni puhul suur probleem patogeenide potentsiaalne edasikandumine. Sigade patogeenid võib üldiselt jagada nelja kategooriasse: patogeenid, mis nakatavad terveid inimesi, patogeenid, mis nakatavad inimese siirdamise retsipiente, patogeenid, mis sarnanevad inimese siirdatud retsipientide patogeenidega, ja sigadele spetsiifilised patogeenid46. Kolmanda kategooria patogeene, nagu sigade tsütomegaloviirus (PCMV) ja sigade adenoviirus, on seostatud sigade ja ahviliste ksenotransplantaadi retsipientide sündroomiliste tüsistustega46. Näiteks vastutab PCMV dissemineeritud intravaskulaarse koagulatsiooni, hematuuria ja transplantaadi elulemuse vähenemise eest sea-paaviani siirdamisel 47, 48.

Sigade spetsiifilised patogeenid, nagu sigade endogeensed retroviirused (PERV-id), on kasvav murekoht võimaliku vaikse edasikandumise ja geenimuutuste ohu tõttu46.

PERV-d integreeruvad sea genoomi ja neid võib klassifitseerida kui PERV-A, PERV-B ja PERV-C49. PERV-A ja PERV-B esinevad kõigis sealiikides, samas kui PERV-C esineb ainult valitud liikidel50. Rekombinantne PERV-A/C, mida iseloomustab kõrge tiitri replikatsioon, on näidanud võimet nakatada inimese rakke50. Seetõttu on soovitatav skriinida PERV-C olemasolu ja kasutada ainult viirusest vabasid doonorsigu50. Siiani ei ole üheski kirjanduses kirjeldatud PERV-sid prekliinilistes sigadelt primaatidele mudelites ja kliinilistes siirdamistes inimestel, kuid viiruste inaktiveerimine võib vajaduse korral viia lõpule geneetiliste modifikatsioonide abil49. Kokkuvõtteks võib öelda, et on oluline edasi uurida mehhanisme, mis väldivad TMA ja tarbiva koagulopaatia surmaga lõppevaid tüsistusi ning arendavad välja võimalike nakkuslike organismide sõeluuringud.

Rakulise immuunsuse roll ksenogeenses äratõukereaktsioonis

Immuunvastused pärast ksenotransplantatsiooni hõlmavad nii kaasasündinud kui ka immuunsüsteemi adaptiivset süsteemi1. Kuigi peamised allografti äratõukereaktsiooniga seotud rakud on tsütotoksilised T-lümfotsüüdid, aktiveerivad ksenotransplantaadi reaktsioonid peamiselt neutrofiile, looduslikke tapjarakke (NK) ja makrofaage51. Neutrofiilid infiltreeruvad kiiresti nii raku- kui ka elunditransplantaatidesse52,53. Aktiveerimisel vabastavad neutrofiilid neutrofiilide ekstratsellulaarsed lõksud (NET), võrgustruktuurid, mis põhjustavad kahjustusi reaktiivsete oksüdatiivsete liikide (ROS) tekke ja seedeensüümide vabanemise kaudu2, 54, 55. Lisaks tunnevad makrofaagid NET-e kahjustustega seotud molekulaarsete mustritena (DAMP), mis põhjustavad tsütokiinide ja põletikuliste markerite vabanemist (joonis 1A)54.

Arvukad uuringud on teatanud NK-rakkude infiltratsioonist ksenotransplantaatides, mis on seotud ksenotransplantaadi hülgamisega51,56. Need rakud kutsuvad esile äratõukereaktsiooni kas otsese tsütotoksilisuse või antikehast sõltuva rakulise tsütotoksilisuse (ADCC) kaudu. Otsest rada reguleerivad tihedalt stimuleerivad ja inhibeerivad retseptoreid. NK-stimuleerivad retseptorid, nagu looduslik tapjarühm -2D (NKG2D) ja sea UL16-siduv valk-1 (pULBP-1), seonduvad sea ligandiga NKp44 ja identifitseerimata molekul, vastavalt57,58, mis viib lüütiliste graanulite, nagu gransüümid ja perforiin, vabanemiseni (joonis 1B)59.

Seevastu inhibeerivad retseptorid, tapja-Ig-taoline retseptor (KIR), Ig-taoline transkript-2 (ILT2) ja CD94 ei tunne kergesti ära sigade leukotsüütide antigeeni-1 (SLA1), mis on sigade peamine histoloogiline ühilduvus. kompleksne -1 molekul, mis summutab NK inhibeerimist ksenotransplantaatides58. ADCC rajal tunnevad NK-rakud ära ksenotransplantaadirakkude pinnale ladestunud antikehad interaktsioonide kaudu FcRs1-ga. Aktiveerimisel vabastavad NK-rakud granüüme ja perforiini, mis põhjustab sihtrakkude apoptoosi. Lisaks tunnevad NK-rakud ära SLA1-vastased antikehad, aktiveerides ADCC raja (joonis 1C)25.

Makrofaagid on samuti seotud raku- ja elundisiirikute äratõukereaktsiooniga60. Peterson et al.61 on näidanud, et ksenogeenne Gal on inimese monotsüütide otsene ligand. Lisaks seostuvad searakkude immuunkompleksid ksenogeensete antikehadega, nagu anti-Gal antikehad, Fc retseptoriga (Fc R) ja toodavad aktiveerimissignaali62. Pärast aktiveerimist aitavad makrofaagid kaasa ksenotransplantaadi hävitamise nõiaringile, kus neid aktiveerivad T-rakud ja aktiveerivad omakorda rohkem T-rakke63. Lisaks põhjustavad makrofaagid otsest tsütotoksilisust tsütokiinide, näiteks kasvaja nekroosifaktori (TNF)-, interleukiini-1 (IL-1) ja IL-6 (joonis 1D)64 tootmise kaudu. . Mis puutub inhibeerivasse tagasisidesse, siis signaali regulaatorvalgu (SIRP-)-CD47 rada on makrofaagide aktiivsuse oluline regulaator1,65. On näidatud, et CD47 rada reguleerib erütrotsüütide, trombotsüütide ja hematopoeetiliste tüvirakkude homöostaasi66. SIRP-a tunneb ära CD47 kui "ei söö" signaali, inhibeerides seega fagotsüütilist aktiivsust65, signaali, mida vähirakud kasutavad immuunseirest kõrvalehoidmiseks. Siiski on Wang et al.67 teatanud CD47 liikidevahelisest kokkusobimatusest pärast ksenotransplantatsiooni, mis põhjustab makrofaagide ebaefektiivset inhibeerimist.

Nagu allotransplantaadi siirdamise puhul, vahendab T-rakkude aktiveerimist ksenotransplantaadi äratõukereaktsioon otseste ja kaudsete radade kaudu 1, 68. Otsese raja kaudu põhjustavad interaktsioonid SLA-1 ja -2 komplekside vahel T-raku retseptoritega adaptiivse immuunvastuse aktiveerumiseni ksenotransplantaadi vastu (joonis 1E)1. Kaudsel teel viib ksenogeensete antigeenide esitlemine retsipientrakkude poolt CD4 pluss T-rakkude aktiveerimiseni, käivitades antikehade tootmise ja B-rakkude aktivatsiooni kaskaadi (joonis 1F)1. Lõpuks suurendavad selle mehhanismi kaudu toodetud tsütokiinid oluliselt NK-rakkude ja makrofaagide tsütotoksilisust69.

Nagu eespool mainitud, mängivad B-rakud ksenotransplantaatide äratõukereaktsiooni. B-rakkude ammendumine suurendas ellujäämisaega 8 kuu võrra pärast südame siirdamist sigadelt paavianidele, mis viitab B-rakkude olulisele rollile ksenotransplantaadi äratõukereaktsioonis, täpsemalt ksenotransplantaadi hilinenud äratõukereaktsioonis70. B-rakud toodavad anti-Gal-antikeha, mis on suunatud sea kudedes ekspresseeritud Gal-antigeenidele71 ja seondub selle antigeeniga, mis viib kompleksi moodustumiseni. Tõepoolest, Gal-vastase antikeha ammendumine viib soodsamate tulemusteni, kaasates B-rakud veelgi ksenotransplantaatide tagasilükkamisse71–73. Anti-Gal antikehi tootvate B-rakkude alampopulatsioonide fenotüübilisi omadusi inimestel ei ole kindlaks tehtud 72. Üks uuring on näidanud, et põrna B-rakud toodavad anti-Gal antikehi, samas kui kõhukelme B-rakud ei tooda, kuigi nad ekspresseerivad anti-Gal. -Gal retseptorid 73. Kokkuvõttes mängivad ksenotransplantaadi äratõukereaktsioonis olulist rolli nii kaasasündinud kui ka adaptiivne immuunsüsteem.

Ksenotransplantaadi äratõukereaktsiooni biomarkerid

Ksenotransplantaadi äratõukereaktsiooni jälgimiseks kasutatavate meetodite standardimise puudumine põhjustab otsustava vajaduse tuvastada markerid, mida saab kasutada äratõukereaktsiooni diagnoosimiseks ja ennustamiseks8. Nagu on loetletud tabelis 1, täheldasid Montgomery jt 6 fokaalset C4d ladestumist 54 tundi pärast sea siirdamist inimesele, kuid muid olulisi histoloogilisi või immunoloogilisi näidustusi antikehade poolt vahendatud vigastuse kohta ei esinenud. Zhou et al.8 leidsid ka, et CD68 pluss makrofaagid ja mõned CD3 pluss T-rakud infiltreerusid ksenograftidesse sea-hiire mudelites 3. päeval pärast siirdamist.

Arvestades, et NK-rakud on ksenotransplantaatides tuvastatud infiltreeruvate rakkude peamine tüüp51,56,81, kasutasid Lin et al.74 markereid nagu NK1.1 ja DX5, et tuvastada NK-rakke sea-hiire mudelites. Kasutades modifitseeritud ADCC testi, leidsid Chen jt 76, et pärast kokkupuudet inimese seerumiga reguleeriti sigade niudearteri endoteelirakkudes ka teemaksulaadse retseptori-2 (TLR2) mRNA ja valk. Lisaks suurenes sigade põletikueelsete kemokiinide CCL2 ja CXCL8 tase ka TLR{16}}vahendatud raja kaudu76. Need leiud viitavad sellele, et TLR2 blokeerimine võib pikendada ksenotransplantaadi ellujäämist.

Transplantaadi biopsiad võivad pärast vigastust immuunsüsteemi aktiveerimise kaudu põhjustada infektsiooni, armistumist või äratõukereaktsiooni75. Seetõttu on oluline tuvastada mitteinvasiivsed äratõukereaktsiooni markerid, et neid saaks kasutada kliinilises ksenotransplantatsioonis. Montgomery jt 6 tuvastasid mitte- -Gal antigeenide vastu suunatud IgM- ja IgG-antikehad sea-inimesele neerutransplantaadiga patsientide seerumis. Kuna IgM piirdub veresoonte ruumiga, saab selle eemaldamist plasmafereesi abil teoreetiliselt kaasata tulevastesse inimestega seotud ksenotransplantatsioonikatsetesse6.

Tsirkuleeriv DNA vabaneb rakusurma või apoptoosi korral, mida peetakse ksenotransplantatsiooni klassikalisteks leidudeks8. Tsirkuleeriva sea-spetsiifilise DNA (cDNA) vabanemine peegeldab immuunrakkude infiltratsiooni siirikusse ja eelneb sigade IgM/IgG-vastaste antikehade tekkele sea-hiire mudelites8. Lisaks andis cpsDNA võrreldavaid tulemusi ka ahvidel, mis viitab potentsiaalsele teostatavusele kliinilistes tingimustes8. Samamoodi korreleeruvad rakuvaba DNA (cfDNA) tasemed ksenotransplantaadi mudelites 77 koekahjustusega.

Kuigi andmed elundispetsiifiliste mikroRNA-de (miRNA) kohta ksenotransplantaatides on endiselt piiratud, on need näidanud paljutõotavat kasutamist äratõukereaktsiooni biomarkeritena78. Ägeda maksapuudulikkuse sigade mudelis seostati erinevate sigadest pärinevate miRNA-de, sealhulgas ssc-miR-122, ssc-miR-192 ja ssc-miR-124-1 plasmatasemeid. vastavalt maksa-, neeru- ja ajukahjustusega82. Enamik miRNA-sid on liikide seas konserveeritud, piirates nende kasutamist ksenotransplantatsiooni valdkonnas 78, 83. Kuid mõned miRNA-d, nagu sea-spetsiifiline SSC-miR-199 b, võivad olla kasulikud, kuna neid võib eristada oma inimese analoogidest ja neid ekspresseeritakse maksas, südames ja kopsudes78.

Ühes uuringus täheldati ka miR{0}}a ja miR-155 taseme tõusu südame ksenotransplantaatides ning hinnati immunosupressiivse ravi mõju nende ekspressioonile südame ksenotransplantaadi mudelites hiirtest rottidesse. Võrreldes immuunsupresseeritud loomadega, avastasid Zhao jt 79 miR-146a taseme olulise languse ja miR-155 ekspressiooni suurenemise, muutused, mis põhjustavad retsipientide põletikueelset seisundit. Eelkõige mängib miR-146a rolli põletikuliste seisundite inhibeerimisel, suunates erinevaid NF-κB radu84, ning miRNA-155 on samuti teatatud TNF-i ekspressiooni85 promootorina. Kokkuvõttes võivad need leiud anda ülevaate miRNA-de potentsiaalsest kasutamisest biomarkeritena ja RNA-d segava immunoteraapia sihtmärkidena.

Hiljutises ahvilistes läbiviidud uuringus teatati ka enne äratõukereaktsioonist kõrgenenud C3 tasemest vesivedelikus80. Lõpuks on kõrge CD4 pluss/CD8 pluss vererakkude suhe korrelatsioonis siiriku lühema ellujäämisajaga sea-mitteinimese saarekeste siirdamisel86. Siiski on vaja täiendavaid uuringuid, et hinnata kavandatud markerite tundlikkust ja spetsiifilisust.

Järeldus

Arvestades hiljutist elundite puudust, võib ksenotransplantatsioon pakkuda elundite siirdamist vajavatele patsientidele väga vajalikku lahendust. Ajalooliselt oli sigade päritolu ksenotransplantatsiooni peamiseks takistuseks Gal epitoobi olemasolu. Geneetiline modulatsioon võimaldas aga välja töötada seamudelid, millel see epitoop puudus. See areng on pikendanud ksenotransplantaadi ellujäämist inimestel ja valgustanud teisi epitoope, nagu NeuGc ja SDa, mis kutsuvad esile immuunsüsteemi äratõukereaktsiooni. Seega on uuringute eesmärk tuvastada immuunmehhanismid, mis põhjustavad äratõukereaktsiooni. NK-rakud, makrofaagid ja T-rakud on tuvastatud kui võtmeisikud immuunsüsteemi pöördelises rollis ksenotransplantaatide tagasilükkamisel.

Lisaks põhinevad ksenotransplantaatide äratõukereaktsiooni tuvastamiseks kasutatavad meetodid standardimise puudumise tõttu allotransplantatsioonis kasutatavatel meetoditel. T-raku markerid, nagu CD3, CD4 ja CD8, tunduvad paljutõotavad ennustavate ja diagnostiliste äratõukereaktsioonide markeritena. Rakukahjustuse markerid, nagu cpsDNA ja cfDNA, on samuti tuvastatud kui äratõukereaktsiooni varajased ennustavad biomarkerid. Erinevaid miRNA-sid on tunnustatud ka äratõukereaktsioonimarkeritena ja uute immunoteraapia strateegiate väljatöötamise võimalike sihtmärkidena. Lõpuks on mitte- -Gal IgG ja IgM antikehade tuvastamist hiljuti kasutatud sea-inimese neerutransplantaadi äratõukereaktsiooni markerina. Arvestades hiljutisi edusamme selles valdkonnas, võib ksenotransplantatsioon lõpuks muutuda elujõuliseks kliiniliseks võimaluseks. Sellegipoolest on TMA ja tarbiva koagulopaatia tüsistuste ületamiseks vaja teha täiendavaid edusamme. Lisaks on vaja rohkem uuringuid erinevate markerite võrdlemiseks ja "kuldstandardi" hülgamismarkeri tuvastamiseks ksenotransplantatsioonis.

Eetiline heakskiit

See käsikiri on ülevaateartikkel ega sisalda eetilisi küsimusi. Kõik autorid vaatasid läbi ja kinnitasid käsikirja lõpliku versiooni.

Inim- ja loomaõiguste avaldus

Selles uuringus ei osalenud inimesi ega loomi.

Teadliku nõusoleku avaldus

See artikkel ei hõlmanud ühtegi inimest ja seega ei ole teadlik nõusolek kohaldatav.

Huvide konflikti deklaratsioon

Autor(id) teatas(id) järgmised võimalikud huvide konfliktid seoses selle artikli uurimise, autorsuse ja/või avaldamisega: Dr. Lerman on AstraZeneca, CureSpeci, Butterfly Biosciencesi, Beren Therapeuticsi ja Ribocure Pharmaceuticalsi nõustaja. Autorid ei deklareeri huvide konflikti.

Rahastamine

Autor(id) avaldasid järgmise rahalise toetuse saamise selle artikli uurimiseks, autorluseks ja/või avaldamiseks: Seda tööd toetasid osaliselt NIH grandinumbrid: DK120292, DK122734, HL158691 ja AG062104.

Viited

1. Lu T, Yang B, Wang R, Qin C. Ksenotransplantatsioon: prekliiniliste uuringute hetkeseis. Front Immunol. 2020; 10:3060.

2. Maeda A, Kogata S, Toyama C, Lo PC, Okamatsu C, Yamamoto R, Masahata K, Kamiyama M, Eguchi H, Watanabe M, Nagashima H jt. Kaasasündinud rakuline immuunvastus ksenotransplantatsioonil. Front Immunol. 2022;13:858604.

3. USA Toidu- ja Ravimiamet. Ksenotransplantatsioon. 2021. Kasutatud 21. juunil 2022. https://www.fda.gov/vaccinesblood-biologics/xenotransplantation

4. Cooper DKC, Gaston R, Eckhoff D, Ladowski J, Yamamoto T, Wang L, Iwase H, Hara H, Tector M, Tector AJ. Ksenotransplantatsioon – hetkeseis ja väljavaated. Br Med Bull. 2018;125(1): 5–14.

5. Groth CG. Elundite siirdamise võimalikud eelised sealt inimesele: siirdamine Kirurgi seisukoht. Indiaanlane 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 jt. Kahe sea-inimese neeru ksenotransplantatsiooni juhtumi tulemused. N Engl J Med. 2022; 386 (20): 1889–98.

7. Kuehn BM. Esimene sea siirdamine inimesele tähistab ksenotransplantatsiooni verstaposti. Tiraaž. 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 jt. Tsirkuleeriv sea-spetsiifiline DNA uudse biomarkerina ksenotransplantaadi äratõukereaktsiooni jälgimiseks. Ksenotransplantatsioon. 2019;26(4): e12522.

9. Chan JL, Mohiuddin MM. Südame ksenotransplantatsioon. Curr Opin organisiirdamine. 2017;22(6): 549–54.

10. Roux FA, Sai P, Deschamps JY. Ksenotransfusioonid, minevikus ja olevikus. Ksenotransplantatsioon. 2007;14(3): 208–16.

11. Snyder C. Richard Sharp Kissam, MD ja tseroplast inimeses. Arch Ophthalmol. 1963;70:870–72.

12. Cooper DKC, Ekser B, Tector AJ. Kliinilise ksenotransplantatsiooni lühike ajalugu. Int J Surg. 2015;23(Pt B): 205–10.

13. Silvetti AN, Cotton C, Byrne RJ, Berrian JH, Fernandez Menendez A. Esialgsed eksperimentaalsed uuringud veiste embrüo nahasiirikute kohta. Transplant Bull. 1957;4(1): 25–26.

14. Cooper DKC. Liigiülese elundisiirdamise lühike ajalugu. Proc. 2012; 25 (1): 49–57.

15. Wijkstrom M, Iwase H, Paris W, Hara H, Ezzelarab M, Cooper DKC. Neerude ksenotransplantatsioon: eksperimentaalne areng ja kliinilised väljavaated. Kidney Int. 2017;91(4): 790–96.

For more information:1950477648nn@gmail.com