Xenotransplantation: Aktuelle udfordringer og nye løsninger

Abstrakt

For at imødegå den igangværende mangel på organer, der er tilgængelige til erstatning, er xenotransplantation af hjerter, hornhinder, hud og nyrer blevet forsøgt. En stor hindring for xenotransplantationer er imidlertid afstødning på grund af en cyklus af immunreaktioner på transplantatet. Både adaptive og medfødte immunsystemer bidrager til denne cyklus, hvor naturlige dræberceller, makrofager og T-celler spiller en væsentlig rolle. Mens fremskridt inden for genetisk redigering kan omgå nogle af disse forhindringer, er biomarkører til at identificere og forudsige xenograft-afstødning stadig at blive standardiseret. Adskillige T-cellemarkører, såsom CD3, CD4 og CD8, er nyttige til både diagnosticering og forudsigelse af xenotransplantatafstødning. Desuden er en stigning i niveauerne af forskellige cirkulerende DNA-markører og mikroRNA'er også forudsigende for xenotransplantatafstødning. I denne gennemgang opsummerer vi de seneste resultater om fremskridt inden for xenotransplantation med fokus på gris-til-menneske, immunitetens rolle i xenotransplantatafstødning og dets biomarkører.

Immunafvisning er en naturlig reaktion, der findes i enhver menneskelig krop. Det er kroppens måde at beskytte sig selv ved at fjerne skadelige fremmedstoffer. Når fremmede celler eller organer transplanteres ind i menneskekroppen, opfattes de ofte som skadelige stoffer, hvilket får immunsystemet til at angribe. Dette er grunden til, at immunafstødning kan bekæmpes med brugen af ​​anti-afstødningsmidler.

Vores seneste undersøgelser har imidlertid vist, at immunsystemet ikke kun genkender og udelukker xenogene celler, men også genererer langsigtet forsvar mod disse xenogene celler. Genereringen af ​​dette antistofrespons opnås gennem modulering af celle: celleinteraktioner og sekretion af cytokiner. Disse molekyler og celler hjælper med at reducere afstødning og øger samtidig kroppens immunitet over for xenotransplantater.

Derfor kan vi ikke kun lindre immunafstødning, men vi kan også øge immuniteten ved at stimulere immunsystemet. Dette giver håb om xenotransplantation. Derudover kan vi bruge genredigeringsværktøjer til at ændre immunsystemets funktion in vivo, for bedre at tilpasse os transplantationen af ​​xenogene celler eller organer.

For at opsummere er forholdet mellem xenotransplantation og immunitet meget tæt. Ved at dykke ned i, hvordan immunsystemet reagerer, kan vi mindske immunafstødningen under transplantation og øge kroppens modstand mod fremmede celler eller organer. Ikke alene kunne dette fremme medicinens historie, det kunne bringe mange liv tilbage til livet. Dette viser vigtigheden af ​​immunitet for den menneskelige krop. Cistanche kan forbedre immuniteten markant, fordi kødaske indeholder en række biologisk aktive komponenter, såsom polysaccharider, to svampe og Huang Li, som kan stimulere immunsystemet. forskellige typer celler, hvilket øger deres immunaktivitet.

Klik cistanche deserticola supplement

Nøgleord

Xenotransplantation, immunafstødning, diagnostiske biomarkører, prædiktive biomarkører, genetisk redigering, xenoantigener, toleranceinduktion.

Introduktion

Den forbedrede forventede levetid for mennesker i løbet af de seneste årtier har øget forekomsten af ​​et stigende antal kroniske sygdomme1. Den stigende anvendelse af organtransplantation, den sidste udvej og den endelige behandling af organsvigt i slutstadiet har resulteret i en forskel i udbud og efterspørgsel efter sådanne organer1. Derfor er xenotransplantation blevet en tiltalende løsning til at overvinde denne hindring2. US Food and Drug Administration definerer xenotransplantation som "enhver procedure, der involverer transplantation, implantation eller infusion i en menneskelig modtager af enten (a) levende celler, væv eller organer fra en ikke-menneskelig dyrekilde eller (b) menneskelige kropsvæsker, celler, væv eller organer, der har haft ex vivo kontakt med levende ikke-menneskelige dyreceller, væv eller organer"3. I øjeblikket er brug af xenotransplantation primært blevet rapporteret til nyrer, hjerter, lever, hud og hornhinder4.

Grise er den foretrukne art til at høste organer til xenotransplantation, da de har anatomisk lignende organer som mennesker og er egnede til genetisk modifikation5. De er højt opdrættet og ofte forbrugt, hvilket baner vejen for den etiske beslutning om at bruge svineorganer til at behandle menneskelige sygdomme. Selvom de genetiske uoverensstemmelser mellem mennesker og grise er større end hos primater, er brugen af ​​primatorganer ikke bæredygtig af etiske årsager, og fordi de fleste primater anses for truede5. Desuden har primatorganer en betydelig chance for at bære vira, der kan inficere mennesker5. Derfor er gensplejsningsteknikker blevet udviklet for at mindske genetiske uligheder hos svin og mennesker1, hvilket baner vejen for brugen af ​​svineorganer til xenotransplantationer. Faktisk beskrev nyere undersøgelser to vellykkede tilfælde af nyretransplantationer fra grise hos hjernedøde patienter6, og et andet rapporterede et vellykket tilfælde af en hjertetransplantation fra en gris til et menneske7. Disse gennembrud markerede en stor milepæl inden for xenotransplantation.

Den største hindring for xenotransplantationer er immunologiske reaktioner. Selvom mekanismen bag hyperakut afstødning (HAR) i xenotransplantatet er veldefineret, er mekanismerne for akut cellulær afstødning ikke fuldt ud forstået2. At identificere mekanismerne bag cellulær afstødning ved xenotransplantation kan være nøglen til længere overlevelse af xenotransplanterede organer. I modsætning til allotransplantation er der desuden mangel på data om standardiserede prædiktive og diagnostiske markører for xenotransplantation8, hvilket kunne tillade tæt overvågning af xenotransplantater9. I denne artikel vil vi kort gennemgå historien om xenotransplantation, xenoantigener, der præsenterer sig som forhindringer, og genetiske modifikationer for at overvinde disse forhindringer. Til sidst vil vi fremhæve rollen af ​​cellulær immunitet aktiveret som reaktion på xenotransplantation og beskrive de immunmarkører, der bruges til at forudsige og detektere xenotransplantatafstødning.

En kort historie om xenotransplantation

I det 17. århundrede blev det første rapporterede tilfælde af xenotransplantation (og blodtransfusion) til mennesker udført af Jean-Baptiste Denis, som transfunderede blodet fra et lam til en 15-årig han, der led af feber10. Denis fortsatte efterfølgende med at transfusionere blod fra lam og kalve, men med varierende udfald, så det franske og engelske parlament forbød transfusioner i flere år fremover10.

I 1838 udførte Sharp-Kissam den første hornhindetransplantation ved at implantere en grisehornhinde i øjet på en 35-årig mand11. I det 19. århundrede begyndte videnskabsmænd at bruge hudxenotransplantater fra forskellige dyr, såsom grise, får, frøer, duer og høns, som biologiske forbindinger12 og kvægembryonale hudtransplantater som hudforbinding13.

I det 20. århundrede forsøgte Voronoff at "forynge" ældre mænd ved at udføre adskillige testikeltransplantationer af chimpanser og bavianer14, angiveligt og dermed hæve energiniveauet hos patienter. I 1960'erne udførte Reemtsma 13 chimpanse-til-menneske nyre-xenotransplantationer, hvoraf de fleste mislykkedes inden for 4-8 uger på grund af afstødning eller infektioner, bortset fra en, der varede i 9 måneder uden tegn på afstødning ved obduktion15.

Den første hjertexenotransplantation blev udført i 1964 af Hardy med et chimpansehjerte, som var for lille og mislykkedes inden for et par timer14. I samme æra udførte Starzl de første rapporterede leverxenotransplantationer med begrænset succes. Efter introduktionen af ​​tacrolimus (en potent immunsuppressor) udførte han imidlertid to bavian-til-menneske leverxenotransplantationer, hvor en patient overlevede 70 dage14,16. Den stigende forekomst af type-1 diabetes og lighederne mellem svine- og humaninsulin motiverede overvejelser om fordelene ved ø-xenotransplantation14. Således gennemførte Groth et al.17 i 1993 den første gris-til-menneske-ø-xenotransplantation, men identificerede ingen klinisk fordel.

Xenoantigener og genetiske

Ændringer

Indledende forsøg med porcine-til-menneske xenotransplantationer blev forhindret af produktionen af ​​antistoffer mod galactose-1,3-galactose (Gal)-antigen18. Cirka 1 procent af naturligt forekommende humane antistoffer er rettet mod Gal-epitopen og er ansvarlige for HAR af svineorganer, der er perfunderet med humant blod18. Opdagelsen af ​​Gal-epitopen hos grise førte til, at dens udtryk blev testet i forskellige dyrearter. I 1988 demonstrerede Galili et al.19, at anti-Gal-antistoffet binder til forskellige kerneceller fra ikke-primatpattedyr, prosimianer og New World-aber, hvorimod fibroblaster fra mennesker, aber og Old-World-aber ikke indikerede nogen Gal-ekspression.

Fremskridt inden for genomisk redigering har derefter ført til udviklingen af ​​genetisk modificerede grise til at overvinde immunafstødning1, især de heterozygote Gal-knockout (GKO)-grise i 2002 og homozygote GKO-grise i 200320. Elimineringen af ​​Gal øgede overlevelsen grisehjerter i bavianer i 2-6 måneder og forhindrede HAR21, men var utilstrækkelig til fuldstændigt at undgå immunsystemet6, hvilket førte til identifikation af to yderligere ikke-Gal-epitoper som mål for antistoffer: NeuGc og SDa22,23. Disse antistoffer kan have spillet en nøglerolle i afvisningen af ​​nyre-xenotransplantation fra Gal-depleterede grise til mennesker6. Adams et al.24 fandt, at elimineringen af ​​både Gal- og SDa-gener forlængede transplantatoverlevelsen til op til 435 dage i gris-til-primat-transplantationer. Samlet udgør Gal-, NeuGc- og SDa-antistoffer mere end 95 procent af de antistoffer, der dannes mod svineceller22,25, og kan udgøre store hindringer for fremme af klinisk xenotransplantation.

Alligevel afslørede nye undersøgelser i grise med Gal, NeuGc og SDa knockout, at transplantationsinducerede koagulopatier også hæmmer succesen med xenotransplantation, og at overekspression af humane koagulationsregulerende proteiner i dyredonorer kan løse dette problem1. Derfor er et af hovedmålene med genetisk modulation blevet at regulere koagulationsdysfunktionen hos transplantatmodtagere, såsom trombomodulin (TBM). TBM fra svin formår ikke at interagere med humant trombin, hvilket fører til en pro-koagulationstilstand26. Det er vigtigt, at Miwa et al.27 fandt, at ekspression af human TBM i porcine aorta-endotelceller med succes regulerede koagulation i humant plasma og hæmmede antistof-induceret komplementaktivering. Desuden forhindrer antistofterapi kombineret med ekspression af human TBM humoral afstødning og koagulationsdysregulering og øger transplantatoverlevelsen ud over 900 dage ved hjertetransplantationer fra gris til bavian28.

Et andet attraktivt kandidatmål for genetisk modulation er endotelprotein-C-receptoren (EPCR). Selvom grise-EPCR er kompatibel med humant protein-C26, fandt Iwase et al.29 en stærk positiv sammenhæng mellem reduktionen af ​​human blodpladeaggregation og ekspressionen af ​​human EPCR i griseaorta-endotelceller. Til sidst viste Wheeler et al.30, at ekspression af human CD39, som hydrolyserer ATP og ADP og forhindrer trombedannelse, forhindrede myokardieiskæmi/reperfusionsskade hos transgene grise.

Andre genetiske modifikationer bliver også undersøgt i et forsøg på at målrette de cellulære xenograft-afstødningsveje (CXR). På grund af inkompatibiliteten af ​​human SIRP- og porcin CD47 (omtalt senere i artiklen) brugte Tena et al.31 f.eks. porcine hæmatopoietiske celler, der udtrykker human CD47, hvilket signifikant øgede engraftment-kimerisme i den menneskelige knoglemarv. Ekspression af human CD47 førte også til forlænget overlevelse af grisehudstransplantater på bavianer, hvor et tilfælde ikke viste tegn på akut afstødning i 53 dage32. Som konklusion er genetiske modifikationer nøglen til en vellykket overgang af xenotransplantation til kliniske omgivelser.

Toleranceinduktion ved xenotransplantation

Podemodtagere kræver en kombination af intensiv immunsuppressiv behandling, og forskellige forsøg på at reducere dosis er mislykkedes33. Derfor er tolerance-inducerende strategier i øjeblikket under udvikling for at forlænge transplantatets overlevelsestid og i sidste ende standse immunsuppressiv terapi34. I øjeblikket er donorthymustransplantation den mest effektive metode til at opnå tolerance ved xenotransplantation34. Undersøgelser har vist forlængede svin-til-bavian-nyretransplantat-overlevelsestider på mere end 6 måneder efter GKO-svins nyre- og thymustransplantation35,36. Hos mennesker transplanterede Montgomery et al.6 GKO svinethymus og nyre til to hjernedøde patienter; opfølgningsperioden var dog for kort til, at thymus kunne hævde sin virkning. Ikke desto mindre var thymuserne i stand til at revaskularisere og bevarede normal arkitektur.

Blandet knoglemarvskimerisme (MBMW), som involverer produktion af både donor- og selvhæmatopoietiske stamceller af modtageren efter ikke-myeloablative stamcelletransplantationsregimer, har muliggjort allogene transplantationer uanset HLA-barrierer34. Selvom MBMW har succes i gris-til-mus-modeller, har det været vanskeligt at replikere sådanne resultater i gris-til-primat-studier34,37. For eksempel påviste Liang et al.38, at kun 10 procent af svin-til-bavian MBMW'er resulterede i vellykket engraftment, med svigt af engraftment forbundet med øgede anti-non-Gal IgG niveauer efter transplantation. Samlet set er der behov for yderligere undersøgelser for at bestemme effektiviteten af ​​thymustransplantation og MBMW til at inducere tolerance.

Histologiske og systemiske resultater af Xenograft-afstødning

Inden for minutter til timer efter grafttransplantation ødelægges xenograftet af HAR, en proces medieret af allerede eksisterende Gal-antistoffer1. Bindingen af ​​disse antistoffer fører til komplement pathway-aktivering, som forårsager lysis af endotelceller1. Navnlig af en ukendt årsag er virkningerne af antistofudtømning og komplementhæmning generelt mere effektive ved hjerte- og nyretransplantationer end lunge- og levertransplantationer39-41. I modsætning til andre afstødningstyper viser grafter ingen funktionalitet, når de gennemgår HAR39. Histologisk er denne proces karakteriseret ved massiv blødning og komplement, immunglobulin og fibrinaflejring 39.

Akut humoral xenograft-afstødning (AHXR), også kendt som forsinket xenograft-afstødning, kan initieres af naturligt forekommende Gal-antistoffer eller antistoffer dannet efter sensibilisering af transplantatet39. I sidstnævnte tilfælde kan antistofferne være rettet mod Gal eller ikke-Gal antigener, såsom NeuGc og SDa39. Histologisk ligner denne proces HAR; dog kan nekrose og transmural granulocytinfiltration af blodkar være til stede 39.

Endelig kan CXR forekomme efter en betydelig tidsforsinkelse efter xenotransplantation. I modsætning til HAR og AHXR observeres blødning og fibrin- og immunglobulinaflejringer ikke. Komplementaflejringer kan ses, men er normalt af lav intensitet 39. Mekanismerne bag CXR vil blive beskrevet i næste afsnit.

Systemisk karakteriserer tre komplikationer xenograft-recipienter: immunkomplekssygdomme, koagulopatier og infektioner. På grund af antistoffernes fremtrædende rolle i xenotransplantatafstødning kan immunkompleksaflejringer ses i forskellige modtagerorganer39. Efter porcin-til-bavian-xenotransplantation påviste Holzknecht et al.42 aflejringer af bavian C3 og porcin von Willebrand-faktor i milte og lever hos lungemodtagere. Interessant nok viste bavianer, der modtog svinehjerter og -nyrer, ikke sådanne aflejringer. Aflejringer af rotte IgG og IgM er også blevet fundet i glomeruli hos modtagerrotter efter en hamster-til-rotte-levertransplantation43.

På grund af den uønskede koagulopati, der er observeret hos xenotransplantationsmodtagere, kan trombotisk mikroangiopati (TMA) udvikle sig som en fatal komplikation efter transplantation, hvilket resulterer i trombose i kar og iskæmisk skade1. Kort fortalt udvikler transplantatmodtagere sig hurtigt til trombocytopeni, udvikler skistocytter og præsenterer høje niveauer af lactatdehydrogenase44. Med progressionen af ​​TMA kan der udvikles en systemisk konsumptiv koagulopati, hvilket fører til recipientens død45. Dette problem kan dog blive løst med den hurtige udskæring af xenotransplantatet, hvilket hæmmer yderligere forbrug af koagulationsfaktorer og forbedrer modtagerens overlevelse45.

Endelig er den potentielle overførsel af patogener et stort problem ved xenotransplantation. Svinepatogener kan generelt opdeles i fire kategorier: patogener, der inficerer raske mennesker, patogener, der inficerer humane transplantationsmodtagere, patogener, der ligner dem fra human-transplantationsmodtagere, og svinespecifikke patogener46. Patogener af den tredje kategori, såsom porcint cytomegalovirus (PCMV) og porcint adenovirus, er blevet forbundet med syndromiske komplikationer hos svine- og ikke-menneskelige primater xenograft-recipienter46. For eksempel er PCMV ansvarlig for dissemineret intravaskulær koagulation, hæmaturi og reducerede transplantatoverlevelsestider i gris-til-bavian-transplantationer47,48.

Svinespecifikke patogener, såsom endogene retrovira fra svin (PERV'er), er et voksende område af bekymring på grund af den potentielle risiko for stille overførsel og genændringer46.

PERV'er integrerer sig selv i det porcine genom og kan klassificeres som PERV-A, PERV-B og PERV-C49. PERV-A og PERV-B er til stede i alle svinearter, mens PERV-C kun er til stede i udvalgte arter50. Rekombinant PERV-A/C, som er karakteriseret ved høj titerreplikation, har vist evnen til at inficere humane celler50. Det anbefales derfor at screene for tilstedeværelsen af ​​PERV-C og kun bruge donorgrise fri for virus50. Til dato har ingen litteratur beskrevet PERV'er i prækliniske svin-til-primat-modeller og kliniske transplantationer hos mennesker, men inaktivering af vira kan dog fuldføres ved hjælp af genetiske modifikationer, hvis det er nødvendigt49. Som konklusion er det vigtigt at yderligere studere mekanismer, der omgår de fatale komplikationer af TMA og konsumptiv koagulopati og udvikle screeningsassays for potentielle infektiøse organismer.

Rolle af cellulær immunitet i xenogen afvisning

Immunresponser efter xenotransplantation involverer både det medfødte og immunadaptive system1. Selvom de vigtigste celler involveret i allotransplantatafstødning er cytotoksiske T-lymfocytter, aktiverer xenotransplantatreaktioner primært neutrofiler, naturlige dræberceller (NK) og makrofager51. Neutrofiler infiltrerer hurtigt både cellulære og organtransplantater52,53. Ved aktivering frigiver neutrofiler neutrofile ekstracellulære fælder (NET), netværksstrukturer, der inducerer skade gennem generering af reaktive oxidative arter (ROS) og frigivelse af fordøjelsesenzymer2,54,55. Desuden genkender makrofager NET'er som skadesassocierede molekylære mønstre (DAMP'er), der forårsager frigivelse af cytokiner og inflammatoriske markører (fig. 1A)54.

Talrige undersøgelser har rapporteret infiltration af NK-celler i xenografter, hvilket implicerer dem i xenograft-afstødning51,56. Disse celler inducerer afstødning ved enten direkte cytotoksicitet eller antistofafhængig cellulær cytotoksicitet (ADCC). Den direkte vej er stramt reguleret ved at stimulere og hæmme receptorer. NK-stimulerende receptorer, såsom naturlig dræbergruppe-2D (NKG2D) og porcint UL16-bindende protein-1 (pULBP-1), binder til griseliganden NKp44 og et uidentificeret molekyle, henholdsvis57,58, hvilket fører til frigivelsen af ​​lytiske granula såsom granzymer og perforin (fig. 1B)59. Derimod genkender hæmmende receptorer, dræber Ig-lignende receptor (KIR), Ig-lignende transkript-2 (ILT2) og CD94, ikke let svineleukocytantigen-1 (SLA1), den store histokompatibilitet hos svin kompleks-1 molekyle, der dæmper NK-hæmning i xenotransplantater58. I ADCC-vejen genkendes antistoffer aflejret på overfladen af ​​xenograftceller af NK-celler via interaktioner med FcRs1. Ved aktivering frigiver NK-celler granzymer og perforin, hvilket fører til apoptose af målcellerne. Endvidere genkender NK-celler anti-SLA1-antistoffer, hvilket aktiverer ADCC-vejen (fig. 1C)25.

Makrofager er også blevet impliceret i afvisningen af ​​cellulære transplantater og organtransplantater60. Peterson et al.61 har vist, at xenogen Gal er en direkte ligand for humane monocytter. Derudover binder immunkomplekser af svineceller med xenogene antistoffer, såsom anti-Gal-antistoffer, til Fc-receptoren (Fc R) og producerer et aktiveringssignal62. Når først aktiveret, bidrager makrofager til en ond cirkel af xenograft-destruktion, hvor de aktiveres af T-celler og igen aktiverer flere T-celler63. Desuden inducerer makrofager direkte cytotoksicitet gennem produktionen af ​​cytokiner, såsom tumornekrosefaktor (TNF)-, interleukin-1 (IL-1) og IL-6 (fig. 1D)64 . Med hensyn til inhiberende feedback er signalregulerende protein (SIRP-)-CD47-vejen en vigtig regulator af makrofagaktivitet1,65. CD47-vejen har vist sig at regulere homeostasen af ​​erytrocytter, blodplader og hæmatopoietiske stamceller66. CD47 genkendes af SIRP-a som et "må-ikke-spis"-signal, hvilket hæmmer fagocytisk aktivitet65, et signal, der bruges af kræftceller til at undgå immunovervågning. Imidlertid har Wang et al.67 rapporteret interspecies inkompatibilitet af CD47 efter xenotransplantation, hvilket fører til ineffektiv hæmning af makrofager.

Ligesom ved allotransplantation medieres T-celleaktivering i xenotransplantatafstødning gennem direkte og indirekte veje1,68. Gennem den direkte vej fører interaktioner mellem SLA-1- og -2-komplekser med T-cellereceptorer til aktivering af det adaptive immunrespons mod xenotransplantatet (fig. 1E)1. I den indirekte vej fører præsentationen af ​​xenogene antigener af recipientceller til aktivering af CD4 plus T-celler, hvilket igangsætter en kaskade af antistofproduktion og B-celleaktivering (fig. 1F)1. Endelig øger cytokiner produceret gennem denne mekanisme signifikant cytotoksiciteten af ​​NK-celler og makrofager69.

Som nævnt ovenfor spiller B-celler en rolle i afvisningen af ​​xenotransplantater. B-celleudtømning øgede overlevelsestiden med 8 måneder efter hjertetransplantation fra grise til bavianer, hvilket tyder på en signifikant rolle af B-celler i xenotransplantatafstødning, specifikt forsinket xenotransplantatafstødning70. B-celler producerer anti-Gal-antistoffet, som retter sig mod Gal-antigener udtrykt i svinevæv71 og binder til dets antigen, hvilket fører til kompleksdannelse. Faktisk fører udtømning af anti-Gal-antistoffet til mere gunstige resultater, hvilket yderligere implicerer B-celler i afvisningen af ​​xenotransplantater71-73. De fænotypiske karakteristika af anti-Gal-antistof-producerende subpopulationer af B-celler hos mennesker er ikke identificeret 72. En undersøgelse har vist, at milt-B-celler producerer anti-Gal-antistoffer, hvorimod peritoneale B-celler ikke gør det, selvom de udtrykker anti- -Gal-receptorer 73. Konklusivevis spiller både medfødte og adaptive immunsystemer en væsentlig rolle ved afstødning af xenotransplantat.

Biomarkører for Xenograft-afstødning

Manglende standardisering blandt metoder, der bruges til at overvåge xenotransplantatafstødning, driver et afgørende behov for at identificere markører, der kan bruges til at diagnosticere og forudsige afstødning8. Som anført i tabel 1 observerede Montgomery et al.6 fokal C4d-aflejring 54 timer efter svin-til-menneske nyretransplantation, men ingen andre signifikante histologiske eller immunologiske indikationer på antistof-medieret skade. Zhou et al.8 fandt også, at CD68 plus makrofager og nogle CD3 plus T-celler infiltrerede xenotransplantater i gris-til-mus modeller på dag 3 efter transplantation.

Da NK-celler er en hovedtype af infiltrerende celler identificeret i xenografts51,56,81, brugte Lin et al.74 markører såsom NK1.1 og DX5 til at identificere NK-celler i gris-til-mus-modeller. Ved hjælp af et modificeret ADCC-assay fandt Chen et al.76 ud af, at toll-lignende receptor-2 (TLR2) mRNA og protein også blev opreguleret i porcine iliacarterie-endotelceller efter eksponering for humant serum. Desuden steg niveauerne af porcine pro-inflammatoriske kemokiner CCL2 og CXCL8 også gennem en TLR2-medieret vej76. Disse resultater tyder på, at blokade af TLR2 kan forlænge xenograft-overlevelsen.

Graftbiopsier kan forårsage infektion, ardannelse eller inducere afstødning via immunaktivering efter skade75. Derfor er det vigtigt at identificere ikke-invasive markører for afstødning til anvendelse i klinisk xenotransplantation. Montgomery et al.6 påviste IgM- og IgG-antistoffer rettet mod ikke- -Gal-antigener i serum fra svin-til-menneske nyretransplanterede patienter. Fordi IgM er begrænset til det vaskulære rum, kan dets fjernelse via plasmaferese teoretisk set inkorporeres i fremtidige xenotransplantationsforsøg, der involverer mennesker6.

Cirkulerende DNA frigives ved celledød eller apoptose, som betragtes som klassiske fund i xenotransplantation8. Frigivelsen af ​​cirkulerende svinespecifikt DNA (cDNA) afspejler infiltrationen af ​​immunceller i transplantatet og går forud for produktionen af ​​anti-grise IgM/IgG-antistoffer i gris-til-mus-modeller8. Desuden gav cpsDNA også sammenlignelige resultater hos aber, hvilket tyder på potentiel gennemførlighed i kliniske omgivelser8. På samme måde korrelerer niveauer af cellefrit DNA (cfDNA) også med vævsskade i xenograft-modeller 77.

Mens data vedrørende organspecifikke mikroRNA'er (miRNA) i xenotransplantater forbliver begrænsede, har de vist lovende brug som biomarkører for afstødning78. I en svinemodel for akut leversvigt var modtagerplasmaniveauer af forskellige griseafledte miRNA'er, inklusive ssc-miR-122, ssc-miR-192 og ssc-miR-124-1, forbundet med henholdsvis lever-, nyre- og hjerneskade82. De fleste miRNA'er er bevaret blandt arter, hvilket begrænser deres anvendelse inden for xenotransplantation78,83. Nogle miRNA'er, såsom den svinespecifikke SSC-miR-199 b, kunne dog være nyttige, da de kan være differentieret fra deres menneskelige modstykke og udtrykkes i leveren, hjertet og lungerne78.

En undersøgelse observerede også øgede niveauer af miR-146a og miR-155 i hjertexenotransplantater og evaluerede effekten af ​​immunsuppressiv behandling på deres ekspression i hjertexenotransplantationsmodeller fra mus til rotte. Sammenlignet med immunsupprimerede dyr fandt Zhao et al.79 et signifikant fald i miR-146a-niveauer og en stigning i miR-155-ekspression, ændringer der fører til en pro-inflammatorisk tilstand hos modtagere. Navnlig spiller miR-146a en rolle i at hæmme inflammatoriske tilstande ved at målrette mod forskellige NF-KB-veje84, og miRNA-155 er også blevet rapporteret som en promotor for TNF-ekspression85. Tilsammen kan disse resultater give indsigt i den potentielle brug af miRNA'er som biomarkører og mål for RNA-interfererende immunterapi.

En nylig undersøgelse af ikke-menneskelige primater rapporterede også forhøjede niveauer af C3-niveauer i kammervandet forud for afvisning80. Endelig er høje CD4 plus /CD8 plus blodcelleforhold korreleret med kortere transplantatoverlevelsestider i gris-til-ikke-menneskelige ø-transplantationer86. Der kræves dog yderligere undersøgelser for at vurdere sensitiviteten og specificiteten af ​​eventuelle foreslåede markører.

Konklusion

I lyset af den seneste organmangel kan xenotransplantation være en tiltrængt løsning for patienter, der har behov for organtransplantationer. Historisk set var den største hindring for xenotransplantation fra svinekilder tilstedeværelsen af ​​Gal-epitopen. Imidlertid muliggjorde genetisk modulering udviklingen af ​​svinemodeller uden denne epitop. Dette fremskridt har forlænget xenograft-overlevelse hos mennesker og belyst andre epitoper, såsom NeuGc og SDa, som inducerer immunafstødning. Undersøgelser havde således til formål at identificere de immunmekanismer, der fører til afstødning. NK-celler, makrofager og T-celler er blevet identificeret som nøglespillere i immunsystemets centrale rolle i afvisningen af ​​xenotransplantater

Endvidere er de metoder, der anvendes til at identificere afstødning af xenotransplantater, baseret på dem, der anvendes ved allotransplantation på grund af manglende standardisering. T-cellemarkører, såsom CD3, CD4 og CD8, virker lovende som prædiktive og diagnostiske afstødningsmarkører. Markører for cellulær skade, såsom cpsDNA og cfDNA, er også blevet identificeret som tidlige forudsigelige biomarkører for afstødning. Forskellige miRNA'er er også blevet anerkendt som afstødningsmarkører og mulige mål for udviklingen af ​​nye immunterapistrategier. Endelig er påvisningen af ​​ikke- -Gal IgG- og IgM-antistoffer for nylig blevet brugt som en markør for afstødning af svin-til-menneske nyretransplantationer. I betragtning af de seneste fremskridt på området kan xenotransplantation i sidste ende blive en levedygtig klinisk mulighed. Ikke desto mindre er der behov for yderligere fremskridt for at overvinde komplikationerne ved TMA og konsumptiv koagulopati. Ydermere kræves der flere undersøgelser for at sammenligne forskellige markører og identificere en "gold standard" afstødningsmarkør i xenotransplantation.

Etisk godkendelse

Dette manuskript er en reviewartikel og involverer ingen etiske spørgsmål. Alle forfattere har gennemgået og godkendt den endelige version af manuskriptet.

Erklæring om menneske- og dyrs rettigheder

Denne undersøgelse involverede ikke nogen mennesker eller dyr.

Erklæring om informeret samtykke

Denne artikel involverede ikke nogen menneskelige emner, og informeret samtykke er derfor ikke relevant.

Erklæring om interessekonflikt

Forfatteren(e) erklærede følgende potentielle interessekonflikter vedrørende forskning, forfatterskab og/eller udgivelse af denne artikel: Dr. Lerman er rådgiver for AstraZeneca, CureSpec, Butterfly Biosciences, Beren Therapeutics og Ribocure Pharmaceuticals. Forfatterne erklærer ingen interessekonflikter.

Finansiering

Forfatteren(e) afslørede modtagelse af følgende økonomiske støtte til forskning, forfatterskab og/eller udgivelse af denne artikel: Dette arbejde blev delvist støttet af NIH-bevillingsnumre: DK120292, DK122734, HL158691 og AG062104.

Referencer

Lu T, Yang B, Wang R, Qin C. Xenotransplantation: nuværende status i præklinisk forskning. 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 al. Det medfødte cellulære immunrespons i xenotransplantation. Front Immunol. 2022;13:858604.

3. US Food and Drug Administration. Xenotransplantation. 2021. Besøgt 21. juni 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. Xenotransplantation - Den nuværende status og udsigter. Br Med Bull. 2018;125(1): 5-14.

5. Groth CG. De potentielle fordele ved at transplantere organer fra gris til mand: en transplantationskirurgens synspunkt. indiske 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 al. Resultater af to tilfælde af svin-til-menneske nyre xenotransplantation. N Engl J Med. 2022;386(20): 1889-98.

7. Kuehn BM. Den første gris-til-menneske hjertetransplantation markerer en milepæl inden for xenotransplantation. Cirkulation. 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 al. Cirkulerende svinespecifikt DNA som en ny biomarkør til overvågning af xenotransplantatafstødning. Xenotransplantation. 2019;26(4): e12522.

9. Chan JL, Mohiuddin MM. Hjerte xenotransplantation. Curr Opin Organtransplantation. 2017;22(6): 549–54.

10. Roux FA, Saï P, Deschamps JY. Xenotransfusioner, fortid og nutid. Xenotransplantation. 2007;14(3): 208-16.

11. Snyder C. Richard Sharp Kissam, MD, og ​​ceroplast i mennesket. Arch Oftalmol. 1963;70:870-72.

12. Cooper DKC, Ekser B, Tector AJ. En kort historie om klinisk xenotransplantation. Int J Surg. 2015;23(Pt B): 205–10.

13. Silvetti AN, Cotton C, Byrne RJ, Berrian JH, Fernandez Menendez A. Foreløbige eksperimentelle undersøgelser af bovine embryohudtransplantater. Transplantation Bull. 1957;4(1): 25-26.

14. Cooper DKC. En kort historie om organtransplantation på tværs af arter. Proc. 2012;25(1): 49-57.

15. Wijkstrom M, Iwase H, Paris W, Hara H, Ezzelarab M, Cooper DKC. Renal xenotransplantation: eksperimentelle fremskridt og kliniske udsigter. Nyre Int. 2017;91(4): 790–96.

For more information:1950477648nn@gmail.com