Ksenotransplantaatio: nykyiset haasteet ja uusia ratkaisuja

Abstrakti

Korvaavien elinten jatkuvan puutteen korjaamiseksi on yritetty siirtää sydämet, sarveiskalvot, iho ja munuaiset ksenotransplantaatioihin. Suurin ksenotransplanttien edessä oleva este on kuitenkin hylkiminen siirteen immuunireaktioiden syklin vuoksi. Sekä adaptiiviset että synnynnäiset immuunijärjestelmät osallistuvat tähän kiertoon, jossa luonnolliset tappajasolut, makrofagit ja T-solut ovat merkittävässä roolissa. Vaikka geneettisen muokkauksen alalla saavutetut edistysaskeleet voivat kiertää osan näistä esteistä, biomarkkerit ksenografin hylkimisen tunnistamiseksi ja ennustamiseksi ovat edelleen standardoituja. Useat T-solumarkkerit, kuten CD3, CD4 ja CD8, ovat hyödyllisiä sekä ksenografin hylkimisen diagnosoinnissa että ennustamisessa. Lisäksi erilaisten verenkierrossa olevien DNA-markkerien ja mikroRNA:iden tason nousu ennustaa myös ksenograftin hylkimistä. Tässä katsauksessa teemme yhteenvedon viimeaikaisista havainnoista ksenotransplantaation edistymisestä keskittyen sioista ihmiseen, immuniteetin rooliin ksenografin hylkimisreaktiossa ja sen biomarkkereihin.

Immuunijärjestelmän hylkiminen on luonnollinen reaktio, joka esiintyy jokaisessa ihmiskehossa. Se on kehon tapa suojata itseään poistamalla haitallisia vieraita aineita. Kun vieraita soluja tai elimiä siirretään ihmiskehoon, ne nähdään usein haitallisina aineina, jotka saavat immuunijärjestelmän hyökkäämään. Tästä syystä immuunijärjestelmän hylkimistä voidaan torjua käyttämällä hylkimistä estäviä lääkkeitä.

Viimeaikaiset tutkimuksemme ovat kuitenkin osoittaneet, että immuunijärjestelmä ei ainoastaan ​​tunnista ja sulje pois ksenogeenisiä soluja, vaan myös tuottaa pitkäaikaista puolustusta näitä ksenogeenisiä soluja vastaan. Tämän vasta-ainevasteen muodostuminen saavutetaan moduloimalla solua: soluvuorovaikutuksia ja sytokiinien eritystä. Nämä molekyylit ja solut auttavat vähentämään hylkimistä samalla kun ne lisäävät kehon vastustuskykyä ksenografteja vastaan.

Siksi emme vain voi lievittää immuunijärjestelmän hylkimistä, vaan voimme myös lisätä immuniteettia stimuloimalla immuunijärjestelmää. Tämä antaa toivoa ksenotransplantaatiosta. Lisäksi geeninmuokkaustyökalujen avulla voimme muuttaa immuunijärjestelmän toimintaa in vivo, sopeutua paremmin ksenogeenisten solujen tai elinten siirtoon.

Yhteenvetona voidaan todeta, että ksenotransplantaation ja immuniteetin välinen suhde on hyvin läheinen. Syventämällä immuunijärjestelmän reagointia voimme lieventää immuunijärjestelmän hylkimistä transplantaation aikana ja lisätä kehon vastustuskykyä vieraita soluja tai elimiä vastaan. Tämä ei ainoastaan ​​edistäisi lääketieteen historiaa, vaan se voisi herättää monia ihmishenkiä takaisin henkiin. Tämä osoittaa immuniteetin merkityksen ihmiskeholle. Cistanche voi parantaa merkittävästi immuniteettia, koska lihatuhka sisältää erilaisia ​​biologisesti aktiivisia komponentteja, kuten polysakkarideja, kaksi sientä ja Huang Li, jotka voivat stimuloida immuunijärjestelmää. erityyppisiä soluja, mikä lisää niiden immuunitoimintaa.

Napsauta cistanche deserticola -lisäosaa

Avainsanat

Ksenotransplantaatio, immuunihyljintä, diagnostiset biomarkkerit, ennustavat biomarkkerit, geneettinen muokkaus, ksenoantigeenit, toleranssin induktio.

Johdanto

Ihmisten parantunut elinajanodote viime vuosikymmeninä on lisännyt yhä useamman kroonisten sairauksien esiintyvyyttä1. Elinsiirron, viimeisen keinon ja lopullisen hoidon lisääntyvä soveltaminen loppuvaiheen elinten vajaatoimintaan, on johtanut epätasapainoon tällaisten elinten kysynnässä ja tarjonnassa1. Siksi ksenotransplantaatiosta on tullut houkutteleva ratkaisu tämän esteen voittamiseksi2. Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto määrittelee ksenotransplantaation "kaikkiksi toimenpiteiksi, joihin sisältyy joko (a) elävien solujen, kudosten tai elinten siirtäminen, istuttaminen tai infuusio ihmisvastaanottajaan ei-inhimillisestä eläinlähteestä tai (b) ihmiskehon nesteitä, solut, kudokset tai elimet, jotka ovat olleet ex vivo kosketuksessa elävien ei-ihmiseläinsolujen, -kudosten tai -elinten kanssa"3. Tällä hetkellä ksenotransplantaattien käyttöä on raportoitu pääasiassa munuaisissa, sydämessä, maksassa, ihossa ja sarveiskalvossa4.

Siat ovat suosituin laji, jolla kerätään elimiä ksenotransplantaatiota varten, koska niillä on anatomisesti samanlaiset elimet kuin ihmisillä ja ne soveltuvat geneettiseen muuntamiseen5. Ne ovat korkeasti kasvatettuja ja usein kulutettuja, mikä avaa tietä eettiselle päätökselle käyttää sian elimiä ihmisten sairauksien hoitoon. Vaikka ihmisten ja sikojen geneettiset erot ovat suurempia kuin kädellisten, kädellisten elinten käyttö ei ole kestävää eettisistä syistä ja koska useimpia kädellisiä pidetään uhanalaisina5. Lisäksi kädellisten elimillä on huomattava mahdollisuus kantaa viruksia, jotka voivat tartuttaa ihmisiä5. Tästä syystä geenitekniikan tekniikoita on kehitetty vähentämään sian ja ihmisen geneettisiä eroja1, mikä mahdollistaa sian elinten käytön ksenotransplantaatioissa. Viimeaikaiset tutkimukset kuvasivatkin kaksi onnistunutta munuaisensiirtotapausta sioista aivokuolleille potilaille6 ja toisessa onnistuneesta sydämensiirrosta sialta ihmiselle7. Nämä läpimurrot olivat suuri virstanpylväs ksenotransplantaation alalla.

Suurin ksenotransplanttien este on immunologiset reaktiot. Vaikka hyperakuutin hylkimisen (HAR) takana oleva mekanismi ksenograftissa on hyvin määritelty, akuutin solujen hylkimisen mekanismeja ei täysin ymmärretä2. Ksenotransplantaation solujen hylkimisen taustalla olevien mekanismien tunnistaminen voi olla avain ksenotransplantoitujen elinten pidempään eloonjäämiseen. Lisäksi, toisin kuin allotransplantaatiossa, ksenotransplantaation standardoiduista ennustavista ja diagnostisista markkereista ei ole tietoa8, joka voisi mahdollistaa ksenotransplantaatioiden tarkan seurannan9. Tässä artikkelissa tarkastellaan lyhyesti ksenotransplantaatioiden historiaa, esteinä esiintyviä ksenoantigeenejä ja geneettisiä modifikaatioita näiden esteiden voittamiseksi. Lopuksi korostamme soluimmuniteetin roolia, joka aktivoituu vasteena ksenotransplantaatiolle, ja kuvaamme immuunimarkkereita, joita käytetään ennustamaan ja havaitsemaan ksenotransplantaattien hylkimistä.

Ksenotransplantaation lyhyt historia

1600-luvulla ensimmäisen raportoitu tapaus ksenotransplantaatiosta (ja verensiirrosta) ihmisiin suoritti Jean-Baptiste Denis, joka siirsi karitsan verta 15-vuotiaalle miehelle, joka kärsi kuumeesta10. Denis jatkoi tämän jälkeen verensiirtoa karitsoista ja vasikoista, mutta tulokset vaihtelivat, joten Ranskan ja Englannin parlamentit kielsivät verensiirrot useiksi vuosiksi10.

Vuonna 1838 Sharp-Kissam suoritti ensimmäisen sarveiskalvonsiirron istuttamalla sian sarveiskalvon 35-vuotiaan miehen11 silmään. 1800-luvulla tiedemiehet alkoivat käyttää ihon ksenografteja eri eläimistä, kuten sioista, lampaista, sammakoista, kyyhkysistä ja kanoista, biologisina sidoksina12 ja naudan alkion ihosiirteitä ihosidoksena13.

1900-luvulla Voronoff yritti "nuorentaa" iäkkäitä miehiä tekemällä useita simpanssien ja paviaanin kivestensiirtoja14, mikä väitetysti kohotti potilaiden energiatasoa. 1960-luvulla Reemtsma suoritti 13 simpanssin ihmisen munuaisten ksenotransplantaatiota, joista suurin osa epäonnistui 4–8 viikossa hylkimisreaktion tai infektioiden vuoksi, lukuun ottamatta yhtä, joka kesti 9 kuukautta ilman hyljintämerkkejä ruumiinavauksessa15.

Ensimmäisen sydämen ksenotransplantaation suoritti vuonna 1964 Hardy simpanssin sydämellä, joka oli liian pieni ja epäonnistui muutamassa tunnissa14. Saman aikakauden aikana Starzl suoritti ensimmäiset raportoidut maksan ksenotransplantaatiot rajoitetulla menestyksellä. Kuitenkin takrolimuusin (voimakas immunosuppressori) käyttöönoton jälkeen hän suoritti kaksi paviaanista ihmisen maksan ksenotransplantaatiota, ja yksi potilas selvisi 70 päivää14,16. Tyypin -1 diabeteksen lisääntyvä ilmaantuvuus ja yhtäläisyydet sian ja ihmisinsuliinin välillä motivoivat pohdiskelua saarekkeiden ksenotransplantaation hyödyistä14. Siten vuonna 1993 Groth et al.17 suorittivat ensimmäisen sioista ihmiseen saarekkeelle siirron, mutta eivät havainneet kliinistä hyötyä.

Ksenoantigeenit ja geneettinen

Muutokset

Alkuyritykset sioista ihmiseen siirrettävät ksenotransplantaatiot estivät vasta-aineiden tuotantoa galaktoosi--1, 3-galaktoosi- (Gal)-antigeeniä vastaan18. Noin 1 prosentti luonnollisesti esiintyvistä ihmisen vasta-aineista on suunnattu Gal-epitooppia vastaan ​​ja ne ovat vastuussa ihmisverellä perfusoitujen sian elinten HAR-arvosta18. Gal-epitoopin löytäminen sioista johti sen ilmentymisen testaamiseen eri eläinlajeissa. Vuonna 1988 Galili et ai.19 osoittivat, että anti-Gal-vasta-aine sitoutuu ei-kädellisten nisäkkäiden, prosimian ja uuden maailman apinoiden tumallisiin soluihin, kun taas ihmisten, apinoiden ja vanhan maailman apinoiden fibroblastit eivät osoittaneet Gal-ekspressiota.

Genomisen muokkauksen alalla tapahtuneet edistysaskeleet ovat johtaneet geneettisesti muunnettujen sikojen kehittämiseen immuunihylkimisreaktion voittamiseksi1, erityisesti heterotsygoottisiin Gal-knockout (GKO) -sioihin vuonna 2002 ja homotsygoottisiin GKO-sioihin vuonna 200320. Gal-sikojen poistaminen lisäsi sikojen eloonjäämistä. sikojen sydämet paviaaneissa 2–6 kuukauden ajan ja esti HAR21:n, mutta se ei riittänyt täysin kiertämään immuunijärjestelmää6, mikä johti kahden muun nonGal-epitoopin tunnistamiseen vasta-aineiden kohteina: NeuGc ja SDa22,23. Näillä vasta-aineilla on saattanut olla keskeinen rooli munuaisten ksenotransplantaattien hylkimisessä Gal-puutteellisista sioista ihmisiin6. Adams et ai.24 havaitsivat, että sekä Gal- että SDa-geenien eliminaatio pidensi siirteen eloonjäämistä jopa 435 päivään sioista kädellisiin siirrettäessä. Yhdessä Gal-, NeuGc- ja SDa-vasta-aineet muodostavat yli 95 prosenttia sian soluja vastaan ​​muodostuneista vasta-aineista22,25 ja voivat muodostaa merkittäviä esteitä kliinisen ksenotransplantaation etenemiselle.

Silti uudet tutkimukset sioilla, joilla oli Gal-, NeuGc- ja SDa-poistotauti, paljastivat, että siirteen aiheuttamat koagulopatiat haittaavat myös ksenotransplantaation onnistumista ja että ihmisen hyytymistä säätelevien proteiinien yli-ilmentyminen eläinluovuttajilla saattaa ratkaista tämän ongelman1. Siksi yhdeksi geneettisen modulaation päätavoitteista on tullut siirteen vastaanottajien hyytymishäiriön säätely, kuten trombomoduliini (TBM). Sikojen TBM ei onnistu vuorovaikutuksessa ihmisen trombiinin kanssa, mikä johtaa hyytymistä edistävään tilaan26. Tärkeää on, että Miwa et ai.27 havaitsivat, että ihmisen TBM:n ilmentyminen sian aortan endoteelisoluissa sääteli onnistuneesti koagulaatiota ihmisen plasmassa ja esti vasta-aineiden indusoimaa komplementin aktivaatiota. Lisäksi vasta-ainehoito yhdistettynä ihmisen TBM:n ilmentymiseen estää humoraalista hylkimistä ja hyytymishäiriöitä ja lisää siirteen eloonjäämistä yli 900 päivää sioista paaviaaniksi siirretyissä sydämensiirroissa28.

Toinen houkutteleva kandidaattikohde geneettiselle modulaatiolle on endoteeliproteiini-C-reseptori (EPCR). Vaikka sian EPCR on yhteensopiva ihmisen proteiini-C26:n kanssa, Iwase et ai.29 havaitsivat vahvan positiivisen korrelaation ihmisen verihiutaleiden aggregaation vähenemisen ja ihmisen EPCR:n ilmentymisen välillä sian aortan endoteelisoluissa. Lopuksi Wheeler et ai.30 osoittivat, että ihmisen CD39:n ilmentyminen, joka hydrolysoi ATP:tä ja ADP:tä ja estää veritulpan muodostumista, esti sydänlihaksen iskemian/reperfuusiovaurion siirtogeenisissä sioissa.

Muita geneettisiä modifikaatioita tutkitaan myös yritettäessä kohdistaa solun ksenografin hylkimisreittejä (CXR). Esimerkiksi ihmisen SIRP- ja sian CD47:n yhteensopimattomuudesta johtuen (käsitelty myöhemmin artikkelissa), Tena et ai.31 käyttivät sian hematopoieettisia soluja, jotka ilmensivät ihmisen CD47:ää, mikä lisäsi merkittävästi kiinnittymiskimerismia ihmisen luuytimessä. Ihmisen CD47:n ilmentyminen johti myös sian ihosiirteiden pidentyneeseen eloonjäämiseen paviaanilla, ja yhdessä tapauksessa ei havaittu akuutin hylkimisen merkkejä 53 päivään32. Yhteenvetona voidaan todeta, että geneettiset modifikaatiot ovat avainasemassa ksenotransplantaation onnistuneessa siirtymisessä kliinisiin ympäristöihin.

Toleranssin induktio ksenotransplantaatiossa

Siirteen saajat tarvitsevat intensiivisen immunosuppressiivisen hoidon yhdistelmää, ja monet yritykset pienentää annosta ovat epäonnistuneet33. Siksi toleranssia indusoivia strategioita kehitetään parhaillaan siirteen eloonjäämisaikojen pidentämiseksi ja lopulta immunosuppressiivisen hoidon lopettamiseksi34. Tällä hetkellä luovuttajan kateenkorvan siirto on tehokkain tapa saavuttaa sietokyky ksenotransplantaatiossa34. Tutkimukset ovat osoittaneet pidentyneen sikojen munuaissiirteen eloonjäämisajan yli 6 kuukautta GKO-sian munuais- ja kateenkorvansiirron jälkeen35,36. Ihmisillä Montgomery et ai.6 siirsivät GKO-sian kateenkorvan ja munuaisen kahdelle aivokuolleelle potilaalle; seuranta-aika oli kuitenkin liian lyhyt, jotta kateenkorva voisi vakuuttaa vaikutuksensa. Siitä huolimatta kateenkorvat pystyivät uusiutumaan ja säilyttämään normaalin arkkitehtuurin.

Luuytimen sekakimerismi (MBMW), jossa vastaanottaja tuottaa sekä luovuttaja- että hematopoieettisia kantasoluja ei-myeloablatiivisten kantasolusiirto-ohjelmien jälkeen, on mahdollistanut allogeeniset siirrot HLA-esteistä riippumatta34. Vaikka MBMW onnistuu sioista hiireen -malleissa, tällaisten tulosten kopioiminen on ollut vaikeaa sioista kädellisiin tehdyissä tutkimuksissa34,37. Esimerkiksi Liang et ai.38 osoittivat, että vain 10 prosenttia sioista paaviaaniksi siirretyistä MBMW-soluista johti onnistuneeseen istuttamiseen, ja istuttamisen epäonnistuminen liittyi kohonneisiin ei-Gal-IgG-tasoihin transplantaation jälkeen. Kaiken kaikkiaan lisätutkimuksia tarvitaan kateenkorvan siirron ja MBMW:n tehokkuuden määrittämiseksi toleranssin indusoinnissa.

Ksenografin hylkimisen histologiset ja systeemiset tulokset

Muutamissa minuuteissa tai tunneissa siirteen siirtämisestä ksenografti tuhoutuu HAR:lla, prosessilla, jota välittävät olemassa olevat Gal-vasta-aineet1. Näiden vasta-aineiden sitoutuminen johtaa komplementtireitin aktivaatioon, mikä aiheuttaa endoteelisolujen hajoamisen1. Tuntemattomasta syystä vasta-ainevajauksen ja komplementin eston vaikutukset ovat yleensä tehokkaampia sydän- ja munuaissiirroissa kuin keuhko- ja maksansiirrot39–41. Toisin kuin muut hyljintätyypit, siirteet eivät toimi, kun ne läpikäyvät HAR39:n. Histologisesti tälle prosessille on ominaista massiivinen verenvuoto ja komplementti, immunoglobuliini- ja fibriinikertymä 39.

Akuutti humoraalinen ksenografin hyljintä (AHXR), joka tunnetaan myös viivästyneenä ksenograftin hyljintänä, voidaan aloittaa luonnossa esiintyvillä Gal-vasta-aineilla tai vasta-aineilla, jotka muodostuvat siirteen herkistymisen jälkeen39. Jälkimmäisessä tapauksessa vasta-aineet voivat olla suunnattuja Gal- tai ei-Gal-antigeenejä, kuten NeuGc:tä ja SDa39:ää, vastaan. Histologisesti tämä prosessi muistuttaa HAR:ia; Verisuonten nekroosia ja transmuraalista granulosyyttiinfiltraatiota voi kuitenkin esiintyä 39.

Lopuksi CXR voi tapahtua merkittävän viiveen jälkeen ksenotransplantaation jälkeen. Toisin kuin HAR ja AHXR, verenvuotoa ja fibriini- ja immunoglobuliinikertymiä ei havaita. Komplementtikertymiä voidaan nähdä, mutta ne ovat yleensä matalan intensiteetin 39. CXR:n taustalla olevat mekanismit kuvataan seuraavassa osassa.

Systeemisesti kolme komplikaatiota luonnehtii ksenograftin vastaanottajia: immuunikompleksisairaudet, koagulopatiat ja infektiot. Koska vasta-aineilla on merkittävä rooli ksenografin hylkimisreaktiossa, immuunikompleksikertymiä voidaan nähdä useissa vastaanottaja-elimissä39. Siasta paviaaniin -ksenotransplantoinnin jälkeen Holzknecht et al.42 havaitsivat paviaani C3:n ja sian von Willebrand -tekijän kerrostumia keuhkojen vastaanottajien pernoissa ja maksassa. Mielenkiintoista on, että paviaanit, jotka saivat sian sydämet ja munuaiset, eivät osoittaneet tällaisia ​​kerrostumia. Rotan IgG- ja IgM-kertymiä on löydetty myös vastaanottajarottien glomeruluksista hamsterista rotalle tehdyn maksansiirron jälkeen43.

Kun otetaan huomioon ksenotransplantaattien saajilla havaittu haitallinen koagulopatia, tromboottinen mikroangiopatia (TMA) saattaa kehittyä kuolemaan johtavana komplikaationa transplantaation jälkeen, mikä johtaa verisuonten tromboosiin ja iskeemiseen vaurioon1. Lyhyesti sanottuna siirteen vastaanottajat etenevät nopeasti trombosytopeniaan, kehittävät skitosyyttejä ja niissä on korkeita laktaattidehydrogenaasitasoja44. TMA:n edetessä voi kehittyä systeeminen kuluttava koagulopatia, joka johtaa vastaanottajan kuolemaan45. Tämä ongelma voidaan kuitenkin ratkaista poistamalla ksenografti nopeasti, mikä estää hyytymistekijöiden kulutuksen edelleen ja parantaa vastaanottajan eloonjäämistä45.

Lopuksi patogeenien mahdollinen leviäminen on suuri huolenaihe ksenotransplantaatiossa. Sikojen patogeenit voidaan yleensä jakaa neljään luokkaan: patogeenit, jotka infektoivat terveitä ihmisiä, patogeenit, jotka infektoivat ihmissiirteen vastaanottajia, patogeenit, jotka muistuttavat ihmissiirteen vastaanottajia, ja sikaspesifiset patogeenit46. Kolmannen luokan patogeenit, kuten sian sytomegalovirus (PCMV) ja sian adenovirus, on liitetty syndroomisiin komplikaatioihin sikojen ja kädellisten ksenograftin vastaanottajilla46. Esimerkiksi PCMV on vastuussa levinneestä suonensisäisestä koagulaatiosta, hematuriasta ja lyhennetyistä siirteiden eloonjäämisajoista sioista paviaaniin siirrettäessä47,48.

Sika-spesifiset patogeenit, kuten sian endogeeniset retrovirukset (PERV), ovat kasvava huolenaihe mahdollisen hiljaisen leviämisen ja geenimuutosten riskin vuoksi46.

PERV:t integroituvat sian genomiin ja ne voidaan luokitella PERV-A:ksi, PERV-B:ksi ja PERV-C49:ksi. PERV-A ja PERV-B ovat läsnä kaikissa sikalajeissa, kun taas PERV-C on läsnä vain valituissa lajeissa50. Rekombinantti PERV-A/C, jolle on tunnusomaista korkea tiitterireplikaatio, on osoittanut kyvyn infektoida ihmissoluja50. Siksi on suositeltavaa seuloa PERV-C:n esiintyminen ja käyttää vain luovuttajasikoja, jotka ovat vapaita viruksesta50. Tähän mennessä kirjallisuudessa ei ole kuvattu PERV:itä prekliinisissä sioista kädellisiin malleissa ja kliinisissä transplantaatioissa ihmisillä, mutta virusten inaktivointi voidaan suorittaa tarvittaessa geneettisillä modifikaatioilla49. Yhteenvetona voidaan todeta, että on välttämätöntä tutkia edelleen mekanismeja, jotka ohittavat TMA:n ja kuluttavan koagulopatian kohtalokkaat komplikaatiot, ja kehittää seulontamäärityksiä mahdollisille tarttuville organismeille.

Soluimmuniteetin rooli ksenogeenisessa hylkimisreaktiossa

Ksenotransplantaation jälkeisiin immuunivasteisiin liittyy sekä synnynnäinen että immuuni adaptiivinen järjestelmä1. Vaikka tärkeimmät allograftin hylkimiseen osallistuvat solut ovat sytotoksiset T-lymfosyytit, ksenograftireaktiot aktivoivat ensisijaisesti neutrofiilejä, luonnollisia tappajasoluja (NK) ja makrofageja51. Neutrofiilit tunkeutuvat nopeasti sekä solu- että elinsiirteisiin52,53. Aktivoituessaan neutrofiilit vapauttavat neutrofiilien ekstrasellulaarisia ansoja (NET), verkkorakenteita, jotka aiheuttavat vaurioita synnyttämällä reaktiivisia oksidatiivisia lajeja (ROS) ja vapauttamalla ruoansulatusentsyymejä2, 54, 55. Lisäksi makrofagit tunnistavat NET:t vaurioon liittyviksi molekyylimalleiksi (DAMP), jotka aiheuttavat sytokiinien ja tulehdusmerkkiaineiden vapautumista (kuvio 1A)54.

Lukuisat tutkimukset ovat raportoineet NK-solujen tunkeutumisen ksenografteihin, mikä liittyy niihin ksenograftin hylkimiseen51,56. Nämä solut indusoivat hyljinnän joko suoralla sytotoksisuudesta tai vasta-aineista riippuvaisella solusytotoksisella (ADCC). Suoraa reittiä säätelevät tiukasti stimuloivat ja estävät reseptorit. NK-stimuloivat reseptorit, kuten luonnollinen tappajaryhmä-2D (NKG2D) ja sian UL16-sitova proteiini-1 (pULBP-1), sitoutuvat sian ligandiin NKp44 ja vastaavasti tunnistamaton molekyyli57,58, mikä johtaa lyyttisten rakeiden, kuten grantsyymien ja perforiinin, vapautumiseen (kuvio 1B)59. Sitä vastoin estävät reseptorit, tappaja-Ig:n kaltainen reseptori (KIR), Ig:n kaltainen transkripti-2 (ILT2) ja CD94 eivät helposti tunnista sian leukosyyttiantigeeniä-1 (SLA1), sian tärkeintä histoyhteensopivuutta. kompleksi-1-molekyyli, joka vaimentaa NK-inhibitiota ksenografteissa58. ADCC-reitillä NK-solut tunnistavat ksenograftisolujen pinnalle kerääntyneet vasta-aineet vuorovaikutusten kautta FcRs1:n kanssa. Aktivoituessaan NK-solut vapauttavat grantsyymejä ja perforiinia, mikä johtaa kohdesolujen apoptoosiin. Lisäksi NK-solut tunnistavat anti-SLA1-vasta-aineita, jotka aktivoivat ADCC-reitin (kuvio 1C)25.

Makrofagit on myös liitetty solusiirteiden ja elinsiirteiden hylkimiseen60. Peterson et ai.61 ovat osoittaneet, että ksenogeeninen Gal on suora ligandi ihmisen monosyyteille. Lisäksi sian solujen immuunikompleksit ksenogeenisten vasta-aineiden, kuten anti-Gal-vasta-aineiden, kanssa sitoutuvat Fc-reseptoriin (Fc R) ja tuottavat aktivaatiosignaalin62. Kun makrofagit on aktivoitu, ne osallistuvat ksenograftien tuhoutumisen noidankehään, jossa T-solut aktivoivat ne ja aktivoivat puolestaan ​​lisää T-soluja63. Lisäksi makrofagit indusoivat suoraa sytotoksisuutta tuottamalla sytokiinejä, kuten tuumorinekroositekijää (TNF)-, interleukiini-1 (IL-1) ja IL-6 (kuva 1D)64. . Mitä tulee estävään palautteeseen, signaalin säätelyproteiini (SIRP-)-CD47 -reitti on tärkeä makrofagien aktiivisuuden säätelijä1,65. CD47-reitin on osoitettu säätelevän erytrosyyttien, verihiutaleiden ja hematopoieettisten kantasolujen homeostaasia66. SIRP-a tunnistaa CD47:n "älä syö" -signaaliksi, mikä estää fagosyyttistä aktiivisuutta65, signaalia, jota syöpäsolut käyttävät immuunivalvonnan välttämiseksi. Wang et ai.67 ovat kuitenkin raportoineet CD47:n lajien välisestä yhteensopimattomuudesta ksenotransplantaation jälkeen, mikä johtaa makrofagien tehottomaan estoon.

Kuten allograftisiirrossa, T-solujen aktivaatio välittyy ksenografin hylkimisreaktiossa suorien ja epäsuorien reittien kautta1,68. Suoran reitin kautta SLA-1- ja -2-kompleksien väliset vuorovaikutukset T-solureseptorien kanssa johtavat adaptiivisen immuunivasteen aktivoitumiseen ksenograftia vastaan ​​(kuvio 1E)1. Epäsuoralla reitillä ksenogeenisten antigeenien esittäminen vastaanottajasolujen toimesta johtaa CD4- ja T-solujen aktivoitumiseen, mikä käynnistää vasta-ainetuotannon ja B-soluaktivaation kaskadin (kuvio 1F)1. Lopuksi tämän mekanismin kautta tuotetut sytokiinit lisäävät merkittävästi NK-solujen ja makrofagien sytotoksisuutta69.

Kuten edellä mainittiin, B-soluilla on rooli ksenograftien hylkimisessä. B-solujen väheneminen lisäsi eloonjäämisaikaa 8 kuukaudella sydämensiirron jälkeen sioista paviaaneihin, mikä viittaa B-solujen merkittävään rooliin ksenotransplantaattien hylkimisreaktiossa, erityisesti viivästyneessä ksenotransplantaattien hylkimisreaktiossa70. B-solut tuottavat anti-Gal-vasta-ainetta, joka kohdistuu sian kudoksissa ilmentyviin Gal-antigeeneihin71 ja sitoutuu sen antigeeniin, mikä johtaa kompleksin muodostumiseen. Todellakin, anti-Gal-vasta-aineen ehtyminen johtaa suotuisampiin tuloksiin, mikä lisää B-solujen vaikutusta ksenotransplanttien hylkimiseen71–73. Anti-Gal-vasta-aineita tuottavien ihmisten B-solujen alapopulaatioiden fenotyyppisiä ominaisuuksia ei ole tunnistettu 72. Yksi tutkimus on osoittanut, että pernan B-solut tuottavat anti-Gal-vasta-aineita, kun taas vatsakalvon B-solut eivät tuota, vaikka ne ilmentävät anti-Gal-vasta-aineita. -Gal-reseptorit 73. Sekä synnynnäisellä että adaptiivisella immuunijärjestelmällä on merkittävä rooli ksenotransplantaattien hylkimisreaktiossa.

Ksenografin hylkimisen biomarkkerit

Ksenografin hylkimisen seurantaan käytettävien menetelmien standardoinnin puute aiheuttaa ratkaisevan tarpeen tunnistaa markkereita, joita voidaan käyttää hylkimisen diagnosoimiseen ja ennustamiseen8. Kuten taulukossa 1 on lueteltu, Montgomery et ai.6 havaitsivat fokaalista C4d-kertymää 54 tuntia sian ihmisen munuaisensiirron jälkeen, mutta ei muita merkittäviä histologisia tai immunologisia merkkejä vasta-ainevälitteisestä vauriosta. Zhou et ai.8 havaitsivat myös, että CD68 plus makrofagit ja jotkut CD3 plus T-solut tunkeutuivat ksenografteihin sika-hiiri-malleissa päivänä 3 transplantaation jälkeen.

Ottaen huomioon, että NK-solut ovat pääasiallinen ksenografteissa tunnistettu tunkeutuvien solujen tyyppi51,56,81, Lin et ai.74 käyttivät markkereita, kuten NK1.1 ja DX5, tunnistamaan NK-solut sika-hiiri-malleissa. Modifioitua ADCC-määritystä käyttäen Chen ym.76 havaitsivat, että toll-like reseptorin-2 (TLR2) mRNA ja proteiini myös säädeltyivät sian lonkkavaltimon endoteelisoluissa ihmisen seerumille altistumisen jälkeen. Lisäksi sian pro-inflammatoristen kemokiinien CCL2 ja CXCL8 tasot nousivat myös TLR{16}}välitteisen reitin76 kautta. Nämä havainnot viittaavat siihen, että TLR2:n esto voi pidentää ksenograftin eloonjäämistä.

Siirteen biopsiat voivat aiheuttaa infektion, arpia tai hylkimisreaktion immuuniaktivaation kautta vamman jälkeen75. Siksi on tärkeää tunnistaa ei-invasiiviset hylkimismarkkerit kliinisen ksenotransplantaation käyttöä varten. Montgomery et al.6 havaitsivat IgM- ja IgG-vasta-aineita, jotka oli suunnattu ei-- -Gal-antigeeneja vastaan ​​sian ihmisen munuaissiirtopotilaiden seerumeista. Koska IgM rajoittuu verisuonitilaan, sen poistaminen plasmafereesin avulla voidaan teoriassa sisällyttää tuleviin ksenotransplantaatiotutkimuksiin, joissa on mukana ihmisiä6.

Verenkierrossa oleva DNA vapautuu solukuoleman tai apoptoosin yhteydessä, joita pidetään klassisina löydöksinä ksenotransplantaatiossa8. Verenkierrossa olevan sika-spesifisen DNA:n (cDNA) vapautuminen heijastaa immuunisolujen tunkeutumista siirteeseen ja edeltää anti-sian IgM/IgG-vasta-aineiden tuotantoa sika-hiiri-malleissa8. Lisäksi cpsDNA tarjosi myös vertailukelpoisia tuloksia apinoilla, mikä viittaa mahdolliseen toteutettavuuteen kliinisissä olosuhteissa8. Samoin soluvapaan DNA:n (cfDNA) tasot korreloivat myös kudosvaurion kanssa ksenograftimalleissa 77.

Vaikka tiedot elinspesifisistä mikroRNA:ista (miRNA) ksenotransplanteissa ovat edelleen rajalliset, ne ovat osoittaneet lupaavaa käyttöä hylkimisen biomarkkereina78. Akuutin maksan vajaatoiminnan sikamallissa erilaisten sioista peräisin olevien miRNA:iden, mukaan lukien ssc-miR-122, ssc-miR-192 ja ssc-miR-124-1, plasmatasot yhdistettiin. maksa-, munuais- ja aivovamma82. Useimmat miRNA:t ovat säilyneet lajien keskuudessa, mikä rajoittaa niiden käyttöä ksenotransplantaation alalla78,83. Jotkut miRNA:t, kuten sika-spesifinen SSC-miR-199 b, voivat kuitenkin olla hyödyllisiä, koska ne voivat erottua ihmisen vastineistaan ​​ja ilmentyvät maksassa, sydämessä ja keuhkoissa78.

Yhdessä tutkimuksessa havaittiin myös kohonneita miR-146a- ja miR-155-tasoja sydämen ksenotransplanteissa ja arvioitiin immunosuppressiivisen hoidon vaikutusta niiden ilmentymiseen sydämen ksenotransplantaattimalleissa hiirestä rottaan. Verrattuna immunosuppressoituihin eläimiin Zhao et al.79 havaitsivat merkittävän laskun miR-146a-tasoissa ja lisääntyneen miR-155-ilmentymisessä. Muutokset johtavat tulehdusta edistävään tilaan vastaanottajilla. Erityisesti miR-146a:lla on rooli tulehdustilojen estämisessä kohdentamalla erilaisia ​​NF-KB-reittejä84, ja miRNA-155 on myös raportoitu TNF-ilmentymisen promoottorina85. Yhdessä nämä havainnot voivat antaa käsityksen miRNA:iden mahdollisesta käytöstä biomarkkereina ja RNA:ta häiritsevän immunoterapian kohteina.

Äskettäin tehdyssä kädellisillä tehdyssä tutkimuksessa raportoitiin myös kohonneita C3-tasoja kammion vesiliuoksessa ennen hylkimistä80. Lopuksi korkeat CD4 plus/CD8 plus verisolusuhteet korreloivat siirteen lyhyempien eloonjäämisaikojen kanssa sioista ei-ihmisille siirretyissä saarekesiirroissa86. Lisätutkimuksia tarvitaan kuitenkin ehdotettujen markkerien herkkyyden ja spesifisyyden arvioimiseksi.

Johtopäätös

Kun otetaan huomioon viimeaikainen elinpula, ksenotransplantaatio voisi tarjota kipeästi kaivatun ratkaisun potilaille, jotka tarvitsevat elinsiirtoja. Historiallisesti suurin este sikojen lähteistä peräisin olevalle ksenotransplantaatiolle oli Gal-epitoopin läsnäolo. Kuitenkin geneettinen modulaatio mahdollisti sellaisten sikamallien kehittämisen, joissa ei ollut tätä epitooppia. Tämä edistys on pidentänyt ksenograftien eloonjäämistä ihmisillä ja valaisenut muita epitooppeja, kuten NeuGc:tä ja SDa:ta, jotka indusoivat immuunihyljintää. Siten tutkimukset pyrkivät tunnistamaan immuunimekanismit, jotka johtavat hyljintään. NK-solut, makrofagit ja T-solut on tunnistettu avaintekijöiksi immuunijärjestelmän keskeisessä roolissa ksenograftien hylkimisessä

Lisäksi ksenotransplantaattien hylkimisen tunnistamiseen käytetyt menetelmät perustuvat standardoinnin puutteen vuoksi allotransplantaatiossa käytettyihin menetelmiin. T-solumarkkerit, kuten CD3, CD4 ja CD8, näyttävät lupaavilta ennustavina ja diagnostisina hylkimismarkkereina. Soluvaurion merkkiaineet, kuten cpsDNA ja cfDNA, on myös tunnistettu varhaisiksi ennustaviksi hylkimisen biomarkkereiksi. Erilaisia ​​miRNA:ita on myös tunnistettu hyljintämarkkereiksi ja mahdollisiksi kohteiksi uusien immunoterapiastrategioiden kehittämisessä. Lopuksi, ei-- -Gal IgG- ja IgM-vasta-aineiden havaitsemista on viime aikoina käytetty markkerina sian ja ihmisen välisen munuaissiirteen hylkimisreaktiossa. Alan viimeaikaiset edistysaskeleet huomioon ottaen ksenotransplantaatiosta voi lopulta tulla elinkelpoinen kliininen vaihtoehto. Siitä huolimatta tarvitaan lisäedistystä TMA:n ja kuluttavan koagulopatian komplikaatioiden voittamiseksi. Lisäksi tarvitaan lisää tutkimuksia eri merkkiaineiden vertaamiseksi ja "kultastandardin" hylkimismarkkerin tunnistamiseksi ksenotransplantaatiossa.

Eettinen hyväksyntä

Tämä käsikirjoitus on katsausartikkeli, eikä siihen liity eettisiä kysymyksiä. Kaikki kirjoittajat arvostelivat ja hyväksyivät käsikirjoituksen lopullisen version.

Ihmis- ja eläinten oikeuksien julistus

Tässä tutkimuksessa ei ollut mukana yhtään ihmistä tai eläintä.

Ilmoitus tietoisesta suostumuksesta

Tämä artikkeli ei koskenut ihmisiä, joten tietoon perustuvaa suostumusta ei voida soveltaa.

Ilmoitus eturistiriidoista

Kirjoittaja(t) ilmoittivat seuraavat mahdolliset eturistiriidat tämän artikkelin tutkimuksessa, kirjoittamisessa ja/tai julkaisemisessa: Dr. Lerman on AstraZenecan, CureSpecin, Butterfly Biosciencesin, Beren Therapeuticsin ja Ribocure Pharmaceuticalsin neuvonantaja. Kirjoittajat eivät ilmoittaneet eturistiriitoja.

Rahoitus

Tekijä(t) ilmoitti saaneensa seuraavan taloudellisen tuen tämän artikkelin tutkimukseen, kirjoittamiseen ja/tai julkaisemiseen: Tätä työtä tuettiin osittain NIH:n apurahojen numeroilla: DK120292, DK122734, HL158691 ja AG062104.

Viitteet

Lu T, Yang B, Wang R, Qin C. Ksenotransplantaatio: nykyinen tila prekliinisessä tutkimuksessa. Front Immunol. 2020; 10:3060.

2. Maeda A, Kogata S, Toyama C, Lo PC, Okamatsu C, Yamamoto R, Masahata K, Kamiyama M, Eguchi H, Watanabe M, Nagashima H, et ai. Luontainen solujen immuunivaste ksenotransplantaatiossa. Front Immunol. 2022;13:858604.

3. Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto. Ksenotransplantaatio. 2021. Käytetty 21. kesäkuuta 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. Ksenotransplantaatio – nykyinen tila ja tulevaisuudennäkymät. Br Med Bull. 2018; 125(1): 5–14.

5. Groth CG. Elinten siirtämisen mahdolliset edut sikasta ihmiseen: siirto Kirurgin näkemys. Intialainen J Urol. 2007;23(3): 305–309.

6. Montgomery RA, Stern JM, Lonze BE, Tatapudi VS, Mangiola M, Wu M, Weldon E, Lawson N, Deterville C, Dieter RA, Sullivan B, et ai. Tulokset kahdesta sian ihmisen munuaisten ksenotransplantaatiotapauksesta. N Engl J Med. 2022; 386(20): 1889–98.

7. Kuehn BM. Ensimmäinen sian ihmisen sydämensiirto on virstanpylväs ksenotransplantaatiossa. Levikki. 2022; 145(25): 1870–71.

8. Zhou M, Lu Y, Zhao C, Zhang J, Cooper DKC, Xie C, Song Z, Gao H, Qu Z, Lin S, Deng Y et ai. Kiertävä sika-spesifinen DNA uutena biomarkkerina ksenografin hylkimisen seurantaan. Ksenotransplantaatio. 2019;26(4): e12522.

9. Chan JL, Mohiuddin MM. Sydämen ksenotransplantaatio. Curr Opin -elinsiirto. 2017; 22(6): 549–54.

10. Roux FA, Saï P, Deschamps JY. Ksenotransfuusiot, menneisyys ja nykyisyys. Ksenotransplantaatio. 2007;14(3): 208–16.

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

12. Cooper DKC, Ekser B, Tector AJ. Kliinisen ksenotransplantaation lyhyt historia. Int J Surg. 2015; 23(Pt B): 205–10.

13. Silvetti AN, Cotton C, Byrne RJ, Berrian JH, Fernandez Menendez A. Naudan alkion ihosiirteiden alustavat kokeelliset tutkimukset. Transplant Bull. 1957; 4(1): 25–26.

14. Cooper DKC. Lyhyt historia eri lajien elinsiirroista. Proc. 2012; 25(1): 49–57.

15. Wijkstrom M, Iwase H, Paris W, Hara H, Ezzelarab M, Cooper DKC. Munuaisten ksenotransplantaatio: kokeellinen edistyminen ja kliiniset näkymät. Kidney Int. 2017;91(4): 790–96.

For more information:1950477648nn@gmail.com