Ксенотрансплантация (от греч. ξένος — «чужой» и трансплантация — «перенос»), или межвидовая трансплантация — трансплантация органов, тканей и/или клеточных органоидов от организма одного биологического вида в организм или его часть другого биологического вида.
Одни из первых экспериментов по ксенотрансплантации были проведены в конце 19 в Шарлем Броун-Секаром и, в начале 20 в — Сергеем Вороновым.
В 1984 году была проведена пересадка сердца бабуина новорожденной Бэби Фэй. Сердце бабуина было использовано из-за того, что не было времени чтобы найти подходящее человеческое сердце. Предполагалось впоследствии заменить его на человеческое. Однако через 21 день девочка умерла из-за отторжения[1].
В отдельных странах предлагается запретить подобные технологии. Например, в проекте закона «О донорстве органов человека и их трансплантации», опубликованного Минздравом России осенью 2014 года запрещается оба возможных варианта ксенотрансплантации: как пересадка органов животных человеку, так и пересадка органов человека животному[2]. По данным РИА Новости от 2009 года, количество производимых в стране внутривидовых трансплантаций органов «в сотни раз ниже потребности в данных операциях.»[3]
Обычно идёт речь о ксенотрансплантации от наиболее дешёвой в получении и близкой по размеру к человеку иммунологически модифицированной свиньи[4][5][6] или от высших приматов, близких генетически, но сложных в содержании и разведении. Так, например, китайские ученые разрабатывают генетически модифицированных свинок, органы которых можно будет пересаживать человеку[7] Некоторые успехи в этом направлении уже наметились. Так например, сердце ГМО свиньи пересаженное бабуину смогло проработать в его организме 195 дней.[8]
Ксенотрансплантация остаётся невозможной и неосуществимой при нынешнем уровне развития трансплантологии. Даже при очень сильной иммуносупрессии организма реципиента ксенотрансплантат от свиньи не выживает в организме человека в результате сверхострой реакции отторжения, сопровождающейся массивным гемолизом, агглютинацией эритроцитов и тромбоцитов и множественным тромбозом сосудов пересаженного ксенооргана.
Тем не менее ксеногенные ткани, полученные из животных, служат источником материала для механически функциональных трансплантатов, таких как сердечные клапаны, сухожилия и хрящи. Чтобы предотвратить иммунное отторжение ксеногенного трансплантата из него необходимо удалить антигены. Антигены клеток могут быть удалены путём химической обработки (например, растворами содержащими додецилсульфат натрия (SDS) и Triton X-100) и обработки ультразвуком[9]. приводящей к удалению клеток. Однако, процессы, используемые для удаления клеток и антигенов, часто повреждают внеклеточный матрикс (ECM) ткани, делая трансплантат непригодным для имплантации из-за плохих механических свойств[10][11]. Поэтому следует тщательно подбирать метод удаления антигенов так чтобы по возможности сохранить архитектуру и механические свойства ткани.
Достижения в области перепрограммирования соматических клеток пациентов в ИПСК и последующей дифференцировке их в необходимые стволовые клетки возродили интерес к органам и тканям получаемым от животных, но уже для использования их в качестве освобожденной от клеток животного подложки для заселения клеток пациента[12][13][14][15]. Процесс заселения клеток пациента на подложку, как показали исследования, хотя это и сложней, желательно проводить in vitro до трансплантации пациенту, а не in vivo чтобы предотвратить риск тромбоза и кальцификации[16].
С 2018 года британские медики планируют использовать освобожденную от клеток животного подложку взятую у свиней для пересадки детям старше двух месяцев, с врожденными пороками развития, в первую очередь с тяжелыми случаями врожденной атрезии пищевода. Свиные подложки будут предварительно заселены стволовыми клетками младенца, которому запланирована пересадка. Сам процесс подготовки трансплантата путем выращивания на нем клеток реципиента будет занимать порядка двух месяцев. Предполагаемая стоимость такой операции составляет 125 тысяч долларов[17].
Ещё в начале 1970-х годов в лаборатории Полежаева Л. В. были предприняты довольно успешные попытки лечить обширные повреждения мышц путём индукции регенерации с помощью имплантации в зону повреждения некротизированной ткани[18]. Используя аналогичный подход, но заменив некротизированную ткань на очищенный от клеток фрагмент внеклеточного матрикса, полученного из мочевого пузыря свиньи, исследователям удалось активировать у пациентов процесс регенерации мышц и приостановить процесс образования рубцовой ткани[19].
Кристман с соавт. разработали метод активации процессов регенерации сердечной мышцы после инфаркта миокарда, основанный на инъекции в зону поражения гидрогеля, полученного из внеклеточного матрикса свиного миокарда. Такой гидрогель способствует процессам восстановления, создавая подложку для роста новой ткани[20][21]. Аналогичный подход был использован и для лечения повреждений вызванных ишемией при заболеваниях периферических артерий[en][22][23].
Одним из главных достижений в области генной инженерии тканей свиней является отключение синтеза альфа-1,3-галактозы. Этот углевод при ксенотрансплантации вызывает запуск мощной иммунной реакции человеческого организма направленной на немедленное, в течение нескольких минут, уничтожение свиного трансплантата[24][25], поскольку люди и другие приматы, в отличие от прочих млекопитающих, свиней в том числе, не способны синтезировать этот углевод из-за генетической инактивации фермента альфа-1,3-галактозилтрансферазы вследствие двух эволюционно закрепленных мутаций[26]. Путём воспроизведения у свиней с помощью генной инженерии той же самой мутации, что произошла, естественно, в процессе эволюции у человека, удалось создать линию свиней у которых фермент альфа-1,3-галактозилтрансфераза был нокаутирован (GTKO свиней)[27]. Хотя такая модификация замедлила процесс отторжения исключить его при использовании GTKO свиней не удалось. Выяснилось что есть ещё несколько вызывающих отторжение различий, в частности N-гликолилнейраминовая кислота (англ. N-glycolylneuraminic acid) и β1,4 N-ацетил галактозаминилтрансфераза (англ. acetylgalactosaminyltransferase — B4GALNT2). Поэтому были получены линии свиней с двойным нокаутом, которые не способны к синтезу ни альфа-1,3-галактозы, ни N-гликолилнейраминовой кислоты[28], а также свиньи линии GGTA1/CMAH/β4GALNT2 KO с нокаутом сразу всех трех генов, при пересадке органов от которых человеку предположительно не будет выраженной реакции отторжения[29][30][31].
Некоторые надежды вселяют также эксперименты по изменению генома свиньи так, чтобы её клетки начали синтезировать на своей поверхности гликопротеин CD47 человека и, благодаря этому, уже не воспринимались иммунной системой человека как чужаки[32], и эксперименты по изменению генома мыши так, чтобы её клетки начали синтезировать на своей поверхности SIRPα человека и стали толерантными к трансплантатам человеческих клеток[33], что позволит выращивать органы человека как «запчасти» в организме животных и подобно методам переливания крови спасет миллионы жизней.
Перспективным подходом к лечению сахарного диабета 1-го типа у человека является трансплантация островковых клеток Лангерганса. Поскольку найти человека способного стать донором таких трансплантатов очень сложно, ученые предложили использовать для лечения инкапсулированные свиные островки. Однако этот метод существенно ограничен из-за того что мембрана капсулы не позволяет клеткам достаточно быстро реагировать на глюкозу секрецией инсулина, затрудняет обеспечение клеток островка кислородом и питательными веществами, что может привести к гипоксии и даже некрозу островков[34]. И здесь на помощь могут прийти мульти-трансгенные свиньи, островки которых нет надобности инкапсулировать, поскольку они не отторгаются иммунной системой человека[35][36][37]. В опытах на обезьянах с диабетом, которые получили свиные островки от трансгенных животных линии GTKO / hCD46 / hTFPI / CTLA4-Ig инсулиновая независимость продержалась более 1 года[35]. Пересадки островковых клеток свиней в капсуле из полисахарида альгината человеку были, по сообщению производителя, разрешены в России в 2010 году после испытаний с 2007 года на 8 пациентах в Sklifosovsky Research Institute Moscow[38][39].
Австралийская фирма отметила успех клинических испытаний на пациентах, страдающим болезнью Паркинсона, препарата NTCELL®, который представляет собой капсулу с альгинатным покрытием, содержащую кластеры клеток сосудистого сплетения взятых у новорожденного поросенка. После трансплантации NTCELL функционирует как биологическая фабрика, производящая ростовые факторы, способствующие устранению вызванной болезнью дегенерации нервов[40][41].
Для развития регенеративной биологии и медицины исследователям нужна удобная модель иммунной системы человека. Проводить опыты на людях опасно для их здоровья, а опыты на мышах не дают необходимой информации, так как иммунная система человека и мыши существенно отличаются. Выходом из этой ситуации стала разработка так называемой гуманизированной мыши с функциональной иммунной системой человека. Чтобы сделать это, биологи взяли иммунодефицитных лабораторных мышей и трансплантировали им ткань человеческого тимуса, а также гемопоэтические стволовые клетки того же донора. Такие мыши позволяют исследовать причины по которым дифференцированные клетки получаемые из ИПСК человека, за редкими исключениями, все же отторгаются его же организмом[42]. С помощью этой мыши удалось доказать, что аллотрансплантаты, полученные из плюрипотентных стволовых клеток человека, в которых методами биоинженерии активирован синтез молекул CTLA4-Ig и PD-L1, создают локальную защиту от иммунитета, позволяющую им избежать отторжения[43]. Кроме того, для достижения оптимального приживления трансплантированных человеческих кроветворных стволовых клеток, иммунодефицитным мышкам дополнительно внедрили природную мутацию рецептора Kit. Это позволило обойти два основных препятствия для трансплантации стволовых клеток крови: отторжение иммунной системой реципиента и отсутствие в костном мозге реципиента (мыши) свободной ниши — пространства для стволовых клеток донора (человека). В этой новой модели стволовые клетки крови человека могут размножаться и дифференцироваться во все типы клеток крови. При этом, стволовые клетки могут быть сохранены в мышке в течение более длительного периода времени по сравнению с ранее существующими «гуманизированными» моделями мышей[44][45]. К сожалению, трансплантаты костного мозга человека в этой, как и в других подобных мышиных моделях не способны к полноценной дифференцировке в эритроцитарные клетки крови человека — поскольку в этих моделях по прежнему не хватает сигнала для завершения эритропоэза как в организме человека. Аналогичные эксперименты вскоре можно будет воспроизвести на мутантных поросятах, таких как, например, модифицированные по двум аллелям свиньи — RAG2 мутанты, у которых либо нет тимуса, либо он не развит[46], что позволяет использовать их в качестве моделей людей пациентов с аналогичным иммунодефицитом и для тестирования безопасности и регенеративной способности трансплантатов, полученных из плюрипотентных клеток.
В Японии в лаборатории профессора Накаучи сумели вырастить, путём инъекции стволовых клеток в бластоцисту, панкреатическую железу крысы и чужеродные почки в организме мыши[47][48], а теперь пытаются выращивать человеческие органы в организме свиней[49][50][51][52]. Для этого в зародыше свиньи выключается ген, ответственный за развитие определенного органа и подсаживают ИПСК человека[53]. Хотя ИПСК человека генетически чужие, они не отторгаются эмбрионом свиньи, так как его иммунная система еще не развита. Предполагается, что человеческие клетки подчиняясь химическим сигналам исходящим от свиного эмбриона будут развиваться и заполнят опустевшую нишу, образуя вместо отсутствующих свиных клеток соответствующие ткани и органы эмбриона. При развитии такой эмбрион превратится в обычную свинью, за исключением того, что один из органов её в генетическом отношении будет органом человека от которого получены ИПСК[54][55][56] или же, так называемые, регион-специфические плюрипотентные стволовые клетки («region-selective pluripotent stem cells» — rsPSCs)[57][58] . А это, возможно, снимет проблему отторжения пересаживаемых органов, с которой сталкивается сейчас трансплантология[59][60]. Сотни тысяч людей во всем мире, ожидающих новой почки, печени, сердца или легких для пересадки, могут стать получателями новеньких органов, которым не угрожает реакция отторжения, потому что они будут выращены из их собственных клеток.
Для освоения этой методики выращивания человеческих органов в организме свиньи или козы, надо преодолеть ряд проблем. В частности, возможность «засорения» такого человеческого органа другими типами свиных клеток, такими как, например, клетки кровеносных сосудов. Не исключено также, что поверхность клеток человека может быть таким образом модифицирована внеклеточными ферментами эмбриона свиньи, что выращенный орган станет чуждым человеческому организму и будет им отторгнут.
Чтобы сделать организм свиньи пригодным для выращивания человеческих органов в нём, с помощью технологии генного редактирования CRISPR/Cas9, инактивировали 62 эндогенных ретровируса, встроенных в геном свиньи и представляющих потенциальную опасность инфицирования человека. Кроме того было изменено более 20 генов, кодирующих белки, которые сидят на поверхности клеток свиньи, и способны вызвать иммунную реакцию у человека или спровоцировать свертывание крови с образованием тромбов[61]. Такие животные могут быть использованы для выращивания органов из клеток пациента. Уже в скором времени в них можно будет выращивать для лечения диабета панкреатическую железу из клеток кожи пациента перепрограммированных в клетки продуцирующие инсулин[62].
Острая нехватка донорской крови побуждает исследователей искать альтернативную замену. В будущем одним из источников человеческой донорской крови может стать кровь человека, выращенная в организме животного. Опыты по выращиванию человеческой крови в организме гуманизированных мышей линии NSGW41 показали, что эритро-мегакариоцитарные клетки человека хорошо приживаются в организме этих мышей; факторы роста, ответственные за пути дифференциации человеческих клеток, совместимы между видами и позволяют достичь in vivo полного созревания тромбоцитов человека, а также получить содержащие ядро клетки-предшественники человеческих эритроцитов. Однако в крови животного эти клетки не накапливались, поскольку их уничтожали макрофаги[63].
Для разработки методов лечения онкологических заболеваний, изучения путей развития метастазов и механизмов генетической эволюции опухоли широко используется метод PDX (англ. patient-derived xenograft) моделей (иногда называемый также PDTX методом). Этот способ заключается в непосредственном переносе путём трансплантации первичных опухолей от пациента в организм иммунодефицитных мышей, что позволяет воспроизвести особенности злокачественных опухолей человека на животных-моделях[64][65][66][67][68][69].
Разновидностью ксенотрансплантации надо, очевидно, считать метод, так называемой, терапии «свежими» стволовыми клетками (англ. fresh cell therapy). Этот метод предложенный ещё в 1931 году Полом Нихансом (Paul Niehans) — австрийским врачом, который считается отцом клеточной терапии, заключается в использовании клеток животных (извлекаемых из эмбриона или плода овцы), которые вводят в организм пациента с целью достижения эффекта ревитализации[70][71]. Разумеется клетки животных не способны встроиться в организм пациента, однако они снабжают его гуморальными факторами, способствующими оздоровлению и активируют его иммунную систему[72]. Эта терапия связана с определенным риском заразиться от животных некоторыми инфекционными заболеваниями. Так, например, группа туристов из США и Канады, проходивших ежегодные сеансы такой терапии в Германии, заразилась лихорадкой Q[73].
Уникальная способность хемокина SDF-1 (называемого также CXCL12) способствовать выживанию клеток, а также отталкивать эффекторные Т-клетки и привлекать регуляторные Т-клетки может быть использована для защиты трансплантированных гормон-продуцирующих (эндокринных) клеток ксеногенного происхождения. Для этого эти скопления клеток покрывают защитной оболочкой состоящей из геля содержащего CXCL12. Так, например, островки Лангерганса взятые у поросенка и покрытые гелем с CXCL12 успешно функционировали и не были отторгнуты в организме у мыши[74]. Аналогичная технология была использована для лечения болезни Паркинсона инкапсулированными клетками поросенка, продуцирующими спинномозговую жидкость, которая питает и очищает мозг от токсичных продуктов метаболизма[75], а также взятыми у свиней клетками сосудистого сплетения - мозговой структуры, которая продуцирует коктейль из множества факторов роста и сигнальных молекул, необходимых для поддержания здоровья нервных клеток[76].
Технологии инкапсуляции подробно описаны в обзоре[77]. В качестве материала для инкапсуляции обычно используют модифицированный альгинат[78][79].
Ещё одной разновидностью ксенотрансплантации является межвидовый перенос ядер соматических клеток (iSCNT) одного биологического вида в яйцеклетки другого вида. Так, например, Гупта с соавторами[80] исследовали возможность получения клонированных эмбрионов путём межвидового переноса ядер из соматических клеток крупного рогатого скота, мышей и курицы в энуклеированные ооциты свиней. Им удалось поддержать развитие таких эмбрионов в пробирке до стадии бластоцисты. В другой работе ооциты овцы были использованы для перепрограммирования ядер соматических клеток взрослого человека обратно до эмбриональной стадии[81]. Такая технология теоретически может быть использована для восполнения дефицита человеческих ооцитов при получении индуцированных стволовых клеток методом SCNT для регенеративной медицины[82]. Методом iSCNT удалось возродить исчезнувший с 1983 года вид лягушки[83]. Для этого её генетический материал перенесли в яйцеклетки другого вида живых лягушек.
Эта статья выставлена на рецензию. Пожалуйста, выскажите своё мнение о ней на подстранице рецензии. |
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .