Ksenotransplantacje, czyli przeszczepienie narządu lub tkanki od osobnika należącego do innego gatunku to już nie science fiction. „Nerki i inne narządy zwierzęce zaczyna się przeszczepiać ludziom. Miejmy nadzieję, że w niedalekiej przyszłości wizja nieograniczonego dostępu do narządów do transplantacji potrzebujących zostanie ziszczona” – mówi prof. Marek Maślak z Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego.
Zapotrzebowanie na narządy możliwe do przeszczepienia osobom ze schyłkową niewydolnością organów takich jak nerki, serce, wątroba, płuca znacznie przekracza możliwości ich pozyskiwania od ludzi. Dlatego na całym świecie poszukuje się ich nowych źródeł. Narodziły się dwa kierunki poszukiwań. Pierwszy to wytwarzanie biosztucznych narządów zbliżonych do anatomii ludzkiej, ale składających się z komponentu biologicznego i inżynieryjnego. Drugi kierunek, który poczynił ogromny postęp w ostatnim czasie, to przeszczepianie narządów od genetycznie zmodyfikowanych zwierząt.
„Takim zwierzęciem, które wydaje się, że w tym zakresie mogłoby być najbardziej wykorzystywane, są świnie. To ze względu na podobieństwo anatomiczne ich narządów do narządów człowieka, łatwe możliwości hodowli, być może również mniejsze wątpliwości etyczne, ponieważ spożywamy duże ilości mięsa wieprzowego. W końcu dzięki rozwinięciu się pewnych technik genetycznych, które potrafią tak te zwierzęta zmodyfikować, żeby można było bezpiecznie przeszczepiać od nich narządy” –twierdzi dr hab. n. med. Marek Myślak, prof. PUM, ordynator Oddziału Nefrologii i Transplantacji Nerek w Szpitalu Wojewódzkim w Szczecinie.
Genetyczne nożyczki
Jest jednak pewien problem w przeszczepianiu narządów odzwierzęcych człowiekowi – to bariera immunologiczna. Jak tłumaczy transplantolog, w wyniku ewolucji człowiek utracił pewne antygeny, które są obecne u wszystkich pozostałych ssaków poza małpami człekokształtnymi i właśnie człowiekiem. Najważniejszym antygenem powodującym, że przeszczepiony narząd od niezidentyfikowanego genetycznie zwierzęcia zostanie natychmiast odrzucony, jest alfa-gal, czy też galaktoza-alfa, wielocukier, który występuje na powierzchni każdej komórki ssaków innych niż człowiek i małpy człekokształtne.
Żeby było możliwe przeszczepianie narządów odzwierzęcych ludziom, musiało dojść do pewnych modyfikacji genetycznych u dawców. Początek temu dało rozpoczęcie klonowania zwierząt (owca Dolly) w 1996 r. Obecnie ta technologia jest bardzo rozpowszechniona, wiele zwierząt hodowlanych jest rozmnażanych metodą klonowania. Natomiast pewne odkrycia naukowe uhonorowane Nagrodą Nobla w 2022 r. pozwoliły na bardzo precyzyjne edytowanie genomu jakiegokolwiek zwierzęcia, człowieka, roślin. „CRISPR-Cas9 jest to metoda bardzo precyzyjnego edytowania genów. Jej pomysł został zaczerpnięty ze świata bakterii, które w ten sposób broniły się przed atakującymi je wirusami. Dzisiaj mamy możliwość zsyntetyzowania tego typu mechanizmu, który jest rodzajem bardzo precyzyjnych „genetycznych nożyczek” pozwalających na wycięcie fragmentu DNA, określonych genów i wklejeniem w ich miejsce pożądanych genów. Dzięki takiej edycji genów stało się możliwe usunięcie z organizmów zwierzęcych tych geny, które są odpowiedzialne za powstawanie najbardziej uczulających człowieka antygenów uniemożliwiających wcześniej przeszczepianie” – wyjaśnia prof. Myślak.
Jak mówi ekspert, powstały już specjalne farmy, gdzie hoduje się genetycznie zmodyfikowane świnie. Nazywa się je farmami wolnymi od wszelkich patogenów, bo rzeczywiście zwierzęta od poczęcia poprzez rozwój nie mają tam możliwości zarażenia się żadnym zwierzęcym wirusem czy jakimkolwiek patogenem. Te świnie są zmodyfikowane genetycznie i to na bardzo różnym poziomie, począwszy od usunięcia jednego genu dla antygenu alfa-gal aż do usunięcia kilku genów świńskich i włączeniu kilku genów ludzkich. Są to już tzw. zwierzęta humanizowane.
„Co ciekawe, rozwój tej technologii nie był początkowo napędzany potrzebami transplantacyjnymi, ale… uczuleniem na czerwone mięso. Okazało się, że u części osób o takiej skłonności anafilaktycznej na skutek ugryzienia przez kleszcza, który w ślinie ma antygen alfa-gal, dochodzi do bardzo silnej reakcji anafilaktycznej po spożyciu czerwonego mięsa. Hodowla zwierząt pozbawionych tego antygenu, umożliwia ludziom uczulonym na czerwone mięso w dalszym ciągu konsumowanie czerwonego mięsa. Poskutkowało to tym, że w 2022 r. FDA zaaprobowała pierwsze genetyczne modyfikacje świń w celach konsumpcyjnych, tzw. GalSafe pigs” – mówi prof. Myślak.
Transplantolodzy zainteresowali się tym rodzajem genetycznych modyfikacji, ponieważ one umożliwiają bezpieczne, przynajmniej na pierwszym etapie, przeszczepienie narządów człowiekowi. I tak rozpoczęła się era przeszczepiania świńskich narządów do organizmu ludzkiego. Pierwsze tego typu transplantacje wykonano na przełomie 2021 i 2022 r. Była to przede wszystkim aktywność naukowa amerykańskich uniwersytetów Baltimore, Birmingham i Nowym Jorku.
Nerka świni przeszczepiona po raz pierwszy człowiekowi
Model zmarłego biorcy – na czym polega
Pierwsze przeszczepienie serca od zmodyfikowanej genetycznie świni, która miała aż 10 modyfikacji genetycznych, zakończyło się technicznym sukcesem. Serce funkcjonowało, ale pacjent David Bennett na skutek innych komplikacji zmarł po dwóch miesiącach. Był bardzo obciążony i nie kwalifikował się do żadnego innego rodzaju przeszczepienia. Drugi pacjent również zmarł po początkowo dobrej funkcji serca i poprawie stanu zdrowia, ponieważ wyjściowo był bardzo schorowany.
„Kolejny eksperyment przeprowadził zespół prof. Roberta Montgomery’ego z Nowego Jorku, który zaproponował trochę inne podejście, wychodząc z założenia, że jest to być może zbyt duży przeskok – przeszczepienie narządu zwierzęcego, nawet genetycznie zmodyfikowanego, od razu do organizmu człowieka. Być może wiemy jeszcze zbyt mało i dlatego potrzebne są etapy, przez które musimy przejść, żeby nasza wiedza została poszerzona, żebyśmy mogli to robić bezpiecznie dla pacjentów. Dlatego powstał model tzw. zmarłego biorcy. U pacjenta, u którego już rozpoznano śmierć mózgu, czyli praktycznie jest osobą zmarła, a z jakiś przyczyn medycznych nie można od niego pobrać narządów do przeszczepienia, za zgodą komisji bioetycznej i jego rodziny przeszczepia się narząd zwierzęcy przy podtrzymywaniu życia za pomocą aparatury. Pierwsze takie przeszczepienia nerki wykonywane były nie do jamy brzusznej, tylko na powierzchnię uda. Dzięki temu można obserwować przeszczepiony narząd – ilość wydalanego moczu, badać przepływ krwi czy też wykonać biopsję, żeby zgromadzić jak największą wiedzę, jak zachowuje się i funkcjonuje zwierzęca nerka w kontakcie z organizmem człowieka” – tłumaczy ekspert.
Jak wskazuje transplantolog, pierwsze wyniki były bardzo optymistyczne, dlatego zdecydowano się na kolejny etap – w ubiegłym roku przeszczepiono nerkę kolejnemu zmarłemu pacjentowi w sposób, jak by się to odbyło u pacjenta żywego. Po usunięciu jego własnej nerki wszczepiono mu do jamy brzusznej świńską genetycznie zmodyfikowaną nerkę, która świetnie funkcjonowała przez dwa miesiące w ludzkim ciele. Eksperyment został zakończony tylko dlatego, że taka była umowa z rodziną pacjenta.
Coraz lepsze wyniki eksperymentów
W tym roku i minionym pojawiły się przełomowe informacje. W tym roku w Bostonie przeszczepiono genetycznie zmodyfikowaną świńską nerkę dializowanemu pacjentowi, będącemu w ogólnie lepszej formie niż chorzy, którym eksperymentalnie przeszczepiano serce, więc miał większe szanse na życie i funkcjonowanie poza szpitalem z przeszczepioną nerką. I tak się stało – pacjent po kilku tygodniach pobytu w szpitalu opuścił go, niestety po dwóch miesiącach zmarł, ale – jak to określono – nie z przyczyn nerkowych, tylko powikłań związanych z układem krążenia. Można więc powiedzieć, że pierwszy pacjent z przeszczepioną genetycznie zmodyfikowaną nerką przeżył dwa miesiące. Z kolei w ubiegłym roku w klinice prof. Montgomery’ego zdecydowano się na inny eksperyment z wykorzystaniem zmodyfikowanej zwierzęcej nerki – przeszczepiono ją pacjentce z ciężką niewydolnością serca i jednocześnie niewydolnością nerek.
Standardową techniką nerka została przeszczepiona pacjentce. Co ciekawe, ponieważ pacjentka miała też ciężką niewydolność serca, przeszczepiono jej nie tylko nerkę, co uwalniała ją od dializ, ale również pompę serca. Nerka od genetycznie zmodyfikowanej świni miała jeszcze jedną bardzo ciekawą modyfikację, a mianowicie pod jej torebkę tłuszczową wcześniej, kiedy zwierzę jeszcze rosło, wszczepiono grasicę tego zwierzęcia. Grasica jest narządem, który uczy układ odpornościowy własnych antygenów HLA, żebyśmy nie odrzucali swoich tkanek. Założenie jest takie, że po przeszczepieniu takiej nerki z grasicą, która należy do tego samego organizmu, dojdzie do uczenia się ludzkich komórek odpornościowych tolerancji na taki narząd. Czy te oczekiwania zostaną spełnione, dowiemy się po dłużej trwających eksperymentach. W przypadku tej pacjentki nerka podjęła funkcje, chora nie musiała być dializowana, wspomaganie serca także było skuteczne, zaczęła znacznie lepiej funkcjonować. Niestety później doszło do komplikacji związanych z niewydolnością serca, nie z powodu świńskiej nerki – biopsje nie wykazywały odrzucania, a więc wszystko wyglądało bardzo obiecująco. Niestety po mniej więcej dwóch miesiącach pacjentka odeszła” – omawia przebieg eksperymentu prof. Myślak.
W maju tego roku media doniosły, że chińscy naukowcy jako pierwsi przeszczepili wątrobę od genetycznie zmodyfikowanej świni z 10 różnymi modyfikacjami genetycznymi w jej genomie 71-letniemu pacjentowi, który miał rozpoznanego raka wątroby, i nie było dla niego innej możliwości leczenia. To przeszczepienie, póki co, zakończyło się sukcesem.
Wszystko dla zapewnienia bezpieczeństwa biorcy
„Przeszczepianie narządów od zwierząt wiąże się z ryzykiem przeniesienia odzwierzęcych chorób do populacji ludzkiej. Chodzi o choroby ukryte w materiale genetycznym zwierzęcia, przede wszystkim spowodowane retrowirusami, których materiał genetyczny jest wklejony w materiał genetyczny zwierzęcia. W przypadku świń mamy zidentyfikowany szereg takich wirusów i musimy wszystkie je usunąć, zanim dojdzie do przeszczepienia narządu człowiekowi. To usuwanie dzięki technice „genetycznych nożyczek” jest możliwe. Wykonuje się skrining całego genomu zwierzęcia, identyfikuje miejsca, w których wirus się ukrywa, i metodami inżynierii genetycznej usuwa wszystkie fragmenty wirusów zwierzęcych. Po tym dokonuje się kolejnych skriningów aż do czasu pobrania narządu do przeszczepienia. Takie zwierzę jest monitorowane, czy nie doszło do jakiejś kolejnej infekcji. Po przeszczepieniu monitoring jest przeprowadzany także u biorcy narządu, a nawet u personelu uczestniczącego w przeszczepieniu. Do tej pory nie odnotowano przeniesienia jakiegokolwiek świńskiego wirusa przy wykorzystywaniu tkanek zwierzęcych na człowieka, a materiał w postaci zastawek zwierzęcych, fragmentów naczyń, rogówek jest wykorzystywany od kilkudziesięciu lat” – komentuje prof. Myślak.
*** Tekst powstał na podstawie wykładu wygłoszonego podczas konferencji „Polka w Europie”.
Michał Grąt: wątroba jest niezwykle skomplikowanym, ale przez to fascynującym narządem
Przeszczep nerki w Klinice Chirurgii Ogólnej i Transplantacyjnej UCK WUM zakończony sukcesem
