Xenotrapianto

Barriere immunologichemodifica

Ad oggi, nessuna sperimentazione di xenotrapianto ha avuto successo a causa dei numerosi ostacoli derivanti dalla risposta del sistema immunitario del ricevente. Le “xenozoonosi” sono una delle più grandi minacce ai rifiuti, in quanto sono infezioni xenogenetiche. L’introduzione di questi microrganismi è un grosso problema che porta alle infezioni fatali e quindi al rigetto degli organi. Questa risposta, che è generalmente più estrema che in allotransplantations, infine provoca il rigetto dello xenotrapianto e può in alcuni casi provocare la morte immediata del ricevente. Ci sono diversi tipi di xenotrapianti di organi di rigetto che si trovano ad affrontare, questi includono il rigetto iperacuto, il rigetto vascolare acuto, il rigetto cellulare e il rigetto cronico.

Una risposta rapida, violenta e iperacuta deriva dagli anticorpi presenti nell’organismo ospite. Questi anticorpi sono noti come anticorpi naturali xenoreattivi (XNA).

Rigetto iperacutomodifica

Questo tipo rapido e violento di rigetto si verifica in pochi minuti o ore dal momento del trapianto. È mediato dal legame di XNAs (anticorpi naturali xenoreattivi) all’endotelio donatore, causando l’attivazione del sistema del complemento umano, che si traduce in danno endoteliale, infiammazione, trombosi e necrosi del trapianto. Gli XNA vengono prodotti per la prima volta e iniziano a circolare nel sangue nei neonati, dopo la colonizzazione dell’intestino da parte di batteri con porzioni di galattosio sulle loro pareti cellulari. La maggior parte di questi anticorpi sono la classe IgM, ma includono anche IgG e IgA.

L’epitopo XNAS target è una porzione di galattosio α-legata, Gal-α-1,3 Gal (chiamata anche epitopo α-Gal), prodotta dall’enzima α-galattosil transferasi. La maggior parte dei non primati contiene questo enzima quindi, questo epitopo è presente sull’epitelio dell’organo ed è percepito come un antigene estraneo dai primati, che mancano dell’enzima galattosil transferasi. Nel maiale per primare lo xenotrapianto, gli XNA riconoscono le glicoproteine suine della famiglia delle integrine.

Il legame di XNAs avvia l’attivazione del complemento attraverso il percorso classico del complemento. L’attivazione del complemento provoca una cascata di eventi che portano a: distruzione delle cellule endoteliali, degranulazione piastrinica, infiammazione, coagulazione, deposizione di fibrina ed emorragia. Il risultato finale è la trombosi e la necrosi dello xenotrapianto.

Superare il rifiuto iperacutomodifica

Poiché il rifiuto iperacuto presenta una tale barriera al successo degli xenotrapianti, sono in corso diverse strategie per superarlo:

Interruzione della cascata del complemento

• La cascata del complemento del ricevente può essere inibita attraverso l’uso del fattore veleno cobra (che esaurisce C3), del recettore del complemento solubile di tipo 1, degli anticorpi anti-C5 o dell’inibitore C1 (C1-INH). Gli svantaggi di questo approccio includono la tossicità del fattore veleno di cobra e, soprattutto, questi trattamenti priverebbero l’individuo di un sistema di complemento funzionale.

Organi transgenici (maiali geneticamente modificati)

• knockout del gene della galattosil transferasi 1,3 – Questi maiali non contengono il gene che codifica per l’enzima responsabile dell’espressione della frazione immunogenica gal-α-1,3 Gal (epitopo α-Gal).
• Aumentata espressione di H-transferasi (α 1,2 fucosiltransferasi), un enzima che compete con la galattosil transferasi. Gli esperimenti hanno dimostrato che questo riduce l’espressione α-Gal del 70%.
• Espressione dei regolatori del complemento umano (CD55, CD46 e CD59) per inibire la cascata del complemento.
• La plasmaforesi, sull’uomo per rimuovere 1,3 galattosiltransferasi, riduce il rischio di attivazione di cellule effettrici come CTL (cellule T CD8), attivazione della via del complemento e ipersensibilità di tipo ritardato (DTH).

Rigetto vascolare acutomodiFica

Noto anche come rigetto xenoattivo ritardato, questo tipo di rigetto si verifica in xenotrapianti discordanti entro 2 o 3 giorni, se viene impedito il rigetto iperacuto. Il processo è molto più complesso del rifiuto iperacuto e attualmente non è completamente compreso. Il rigetto vascolare acuto richiede la sintesi proteica de novo ed è guidato dalle interazioni tra le cellule endoteliali dell’innesto e gli anticorpi ospiti, i macrofagi e le piastrine. La risposta è caratterizzata da un infiltrato infiammatorio di principalmente macrofagi e cellule natural killer (con un piccolo numero di cellule T), trombosi intravascolare e necrosi fibrinoide delle pareti dei vasi.

Il legame degli XNA precedentemente menzionati all’endotelio donatore porta all’attivazione dei macrofagi ospiti e dell’endotelio stesso. L’attivazione dell’endotelio è considerata di tipo II poiché sono coinvolte l’induzione genica e la sintesi proteica. Il legame di XNAs porta infine allo sviluppo di uno stato procoagulante, alla secrezione di citochine infiammatorie e chemochine, nonché all’espressione di molecole di adesione dei leucociti come E-selectina, molecola di adesione intercellulare-1 (ICAM-1) e molecola di adesione delle cellule vascolari-1 (VCAM-1).

Questa risposta è ulteriormente perpetuata come normalmente vincolante tra le proteine regolatrici e il loro aiuto ligandi nel controllo della coagulazione e risposte infiammatorie. Tuttavia, a causa di incompatibilità molecolari tra le molecole della specie donatrice e ricevente (come le molecole complesse di istocompatibilità maggiore suina e le cellule natural killer umane), ciò potrebbe non verificarsi.

Superamento acuto vascolare rejectionEdit

a Causa della sua complessità, l’uso di farmaci immunosoppressori, insieme con una vasta gamma di approcci sono necessari per prevenire il rigetto acuto vascolare, e includono l’amministrazione sintetico inibitore della trombina per modulare la trombogenesi, esaurimento di anti-galattosio anticorpi (XNAs) mediante tecniche come l’immunoadsorbimento, per evitare l’attivazione delle cellule endoteliali, e inibendo l’attivazione dei macrofagi (stimolato da cellule T CD4+) e le cellule NK (stimolato dal rilascio di Il-2). Pertanto, il ruolo delle molecole MHC e delle risposte delle cellule T nell’attivazione dovrebbe essere rivalutato per ogni combinazione di specie.

Alloggiomodifica

Se si evita il rigetto vascolare iperacuto e acuto è possibile l’alloggio, che è la sopravvivenza dello xenotrapianto nonostante la presenza di XNA circolanti. L’innesto viene interrotto dal rigetto umorale quando la cascata del complemento viene interrotta, gli anticorpi circolanti vengono rimossi o la loro funzione viene modificata o c’è un cambiamento nell’espressione degli antigeni di superficie sull’innesto. Ciò consente allo xenotrapianto di up-regolare ed esprimere geni protettivi, che aiutano nella resistenza alle lesioni, come l’eme ossigenasi-1 (un enzima che catalizza la degradazione dell’eme).

Rifiuto cellularemodifica

Il rifiuto dello xenotrapianto nel rigetto vascolare iperacuto e acuto è dovuto alla risposta del sistema immunitario umorale, poiché la risposta è suscitata dagli XNAs. Il rigetto cellulare si basa sull’immunità cellulare ed è mediato da cellule natural killer che si accumulano e danneggiano lo xenotrapianto e i linfociti T che vengono attivati dalle molecole MHC attraverso la xenorecognizione diretta e indiretta.

In xenorecognition diretto, le cellule che presentano l’antigene dallo xenotrapianto presentano peptidi alle cellule T CD4+ riceventi tramite molecole di classe II MHC xenogeniche, con conseguente produzione di interleuchina 2 (IL-2). La xenorecognizione indiretta comporta la presentazione di antigeni dallo xenotrapianto da parte delle cellule presentanti l’antigene ricevente alle cellule T CD4+. Gli antigeni delle cellule dell’innesto fagocitosed possono anche essere presentati dalle molecole MHC di classe I dell’ospite alle cellule T CD8+.

La forza del rigetto cellulare negli xenotrapianti rimane incerta, tuttavia, ci si aspetta che sia più forte che negli allotrapianti a causa delle differenze nei peptidi tra diversi animali. Ciò porta a più antigeni potenzialmente riconosciuti come estranei, suscitando così una maggiore risposta xenogenica indiretta.

Superare il rifiuto cellularemodifica

Una strategia proposta per evitare il rifiuto cellulare consiste nell’indurre la non reattività del donatore utilizzando il chimerismo ematopoietico. Le cellule staminali del donatore vengono introdotte nel midollo osseo del ricevente, dove coesistono con le cellule staminali del ricevente. Le cellule staminali del midollo osseo danno origine a cellule di tutti i lignaggi ematopoietici, attraverso il processo di emopoiesi. Le cellule progenitrici linfoidi vengono create da questo processo e si spostano verso il timo dove la selezione negativa elimina le cellule T risultate reattive al sé. L’esistenza di cellule staminali del donatore nel midollo osseo del ricevente fa sì che le cellule T reattive del donatore siano considerate auto e subiscano apoptosi.

Rigetto cronicomodifica

Il rigetto cronico è lento e progressivo e di solito si verifica nei trapianti che sopravvivono alle fasi iniziali di rigetto. Gli scienziati non sono ancora chiari su come funziona esattamente il rigetto cronico, la ricerca in questo settore è difficile poiché gli xenotrapianti raramente sopravvivono oltre le fasi iniziali di rigetto acuto. Tuttavia, è noto che XNAs e il sistema del complemento non sono coinvolti principalmente. La fibrosi nello xenotrapianto si verifica a seguito di reazioni immunitarie, citochine (che stimolano i fibroblasti) o guarigione (dopo necrosi cellulare nel rigetto acuto). Forse la principale causa di rigetto cronico è l’arteriosclerosi. I linfociti, precedentemente attivati dagli antigeni nella parete del vaso dell’innesto, attivano i macrofagi per secernere fattori di crescita della muscolatura liscia. Ciò si traduce in un accumulo di cellule muscolari lisce sulle pareti dei vasi, causando l’indurimento e il restringimento dei vasi all’interno dell’innesto. Il rigetto cronico porta a cambiamenti patologici dell’organo, ed è per questo che i trapianti devono essere sostituiti dopo tanti anni. Si prevede inoltre che il rigetto cronico sarà più aggressivo negli xenotrapianti rispetto agli allotrapianti.

La coagulationEdit

di Successo sono stati compiuti sforzi per creare topi knockout senza α1,3GT; la conseguente riduzione altamente immunogenica agar epitopo ha portato alla riduzione dell’insorgenza di rigetto iperacuto, ma non ha eliminato gli ostacoli allo xenotrapianto come la coagulazione, noto anche come coagulopatia.

Diversi xenotrapianti di organi provocano risposte diverse nella coagulazione. Per esempio, i trapianti del rene provocano un più alto grado di coagulopathy, o di coagulazione alterata, che i trapianti cardiaci, mentre gli xenotrapianti del fegato provocano la trombocitopenia severa, causante la morte del destinatario in alcuni giorni dovuto sanguinamento. Un disturbo della coagulazione alternativo, la trombosi, può essere iniziato da anticorpi preesistenti che influenzano il sistema anticoagulante della proteina C. A causa di questo effetto, i donatori di suini devono essere sottoposti a screening estensivo prima del trapianto. Gli studi hanno anche dimostrato che alcune cellule di trapianto di suini sono in grado di indurre l’espressione del fattore tissutale umano, stimolando così l’aggregazione piastrinica e monocitaria attorno all’organo xenotrapianto, causando una grave coagulazione. Inoltre, l’accumulo spontaneo di piastrine può essere causato dal contatto con il fattore di von Willebrand.

Proprio come l’epitopo α1,3G è un grosso problema nello xenotrapianto, così anche la coagulazione disregolata è motivo di preoccupazione. I suini transgenici in grado di controllare l’attività coagulante variabile in base all’organo specifico trapiantato renderebbero lo xenotrapianto una soluzione più facilmente disponibile per i 70.000 pazienti all’anno che non ricevono una donazione umana dell’organo o del tessuto di cui hanno bisogno.

FisiologiaEdit

Sono necessarie ricerche approfondite per determinare se gli organi animali possono sostituire le funzioni fisiologiche degli organi umani. Molti problemi includono le dimensioni-le differenze nelle dimensioni degli organi limitano la gamma di potenziali destinatari di xenotrapianti; longevità-La durata della vita della maggior parte dei suini è di circa 15 anni, attualmente non è noto se uno xenotrapianto possa durare più a lungo; differenze ormonali e proteiche-alcune proteine saranno molecolarmente incompatibili, il che potrebbe causare malfunzionamenti di importanti processi normativi. Queste differenze rendono anche meno promettente la prospettiva dello xenotrapianto epatico, poiché il fegato svolge un ruolo importante nella produzione di così tante proteine; ambiente-ad esempio, i cuori di maiale lavorano in un sito anatomico diverso e sotto pressione idrostatica diversa rispetto all’uomo;temperatura-la temperatura corporea dei suini è di 39 °C (2 °C sopra la temperatura media del corpo umano). Le implicazioni di questa differenza, se del caso, sull’attività di importanti enzimi sono attualmente sconosciute.

xenozoonosiedit

La xenozoonosi, nota anche come zoonosi o xenosi, è la trasmissione di agenti infettivi tra le specie attraverso lo xenotrapianto. L’infezione da animale a uomo è normalmente rara, ma si è verificata in passato. Un esempio di questo è l’influenza aviaria, quando un virus dell’influenza A è stato trasmesso dagli uccelli all’uomo. Xenotrapianto può aumentare il rischio di trasmissione della malattia per 3 motivi: (1) l’impianto di violazioni, la barriera fisica che normalmente aiuta a prevenire la trasmissione della malattia,(2) il destinatario del trapianto sarà gravemente immunodepressi, e (3) complemento umano regolatori (CD46, sono CD55 e CD59) espresso in maiali transgenici hanno dimostrato di servire come virus recettori, e può anche aiutare a proteggere da virus e da attacco da parte del sistema del complemento.

Esempi di virus trasportati dai suini includono herpesvirus porcino, rotavirus, parvovirus e circovirus. Gli herpesvirus e i rotavirus porcini possono essere eliminati dal pool di donatori mediante screening, tuttavia altri (come il parvovirus e il circovirus) possono contaminare alimenti e calzature e quindi infettare nuovamente la mandria. Pertanto, i suini da utilizzare come donatori di organi devono essere alloggiati secondo severe normative e sottoposti regolarmente a screening per microbi e agenti patogeni. Virus sconosciuti, così come quelli non dannosi nell’animale, possono anche comportare rischi. Di particolare preoccupazione sono i PERVS (retrovirus endogeni porcini), microbi trasmessi verticalmente che si incorporano nei genomi dei suini. I rischi con la xenosi sono duplice, in quanto non solo l’individuo potrebbe essere infettato, ma una nuova infezione potrebbe avviare un’epidemia nella popolazione umana. A causa di questo rischio, la FDA ha suggerito che tutti i destinatari di xenotrapianti devono essere attentamente monitorati per il resto della loro vita e messi in quarantena se mostrano segni di xenosi.

Babbuini e maiali portano una miriade di agenti trasmissibili che sono innocui nel loro ospite naturale, ma estremamente tossici e mortali negli esseri umani. L’HIV è un esempio di una malattia che si ritiene sia passata dalle scimmie agli esseri umani. I ricercatori, inoltre, non sanno se potrebbe verificarsi un focolaio di malattie infettive e se potrebbero contenere l’epidemia anche se hanno misure per il controllo. Un altro ostacolo di fronte xenotransplants è quello del rifiuto del corpo di oggetti estranei dal suo sistema immunitario. Questi antigeni (corpi estranei) sono spesso trattati con potenti farmaci immunosoppressori che potrebbero, a loro volta, rendere il paziente vulnerabile ad altre infezioni e in realtà aiutare la malattia. Questo è il motivo per cui gli organi dovrebbero essere alterati per adattarsi al DNA dei pazienti (istocompatibilità).

Nel 2005, l’Australian National Health and Medical Research Council (NHMRC) ha dichiarato una moratoria di diciotto anni su tutti i trapianti da animale a uomo, concludendo che i rischi di trasmissione di virus animali ai pazienti e alla comunità più ampia non erano stati risolti.Questo è stato abrogato nel 2009 dopo una revisione NHMRC dichiarato “… i rischi, se adeguatamente regolamentati, sono minimi e accettabili visti i potenziali benefici.”, citando gli sviluppi internazionali sulla gestione e la regolamentazione dello xenotrapianto da parte dell’Organizzazione Mondiale della Sanità e dell’Agenzia europea dei medicinali.

retrovirusesEdit endogeno porcino

I retrovirus endogeni sono resti di antiche infezioni virali, presenti nei genomi della maggior parte, se non di tutte, le specie di mammiferi. Integrati nel DNA cromosomico, vengono trasferiti verticalmente attraverso l’ereditarietà. A causa delle molte delezioni e mutazioni che si accumulano nel tempo, di solito non sono infettivi nella specie ospite, tuttavia il virus può diventare infettivo in un’altra specie. I PERVS sono stati originariamente scoperti come particelle di retrovirus rilasciate da cellule renali suine coltivate. La maggior parte delle razze di suini porto circa 50 genomi PERV nel loro DNA. Anche se è probabile che la maggior parte di questi sono difettosi, alcuni possono essere in grado di produrre virus infettivi così ogni genoma provirale deve essere sequenziato per identificare quelli che rappresentano una minaccia. Inoltre, attraverso la complementazione e la ricombinazione genetica, due genomi perversi difettosi potrebbero dare origine a un virus infettivo. Ci sono tre sottogruppi di PERVS infettivi (PERV-A, PERV-B e PERV-C). Gli esperimenti hanno dimostrato che PERV-A e PERV-B possono infettare le cellule umane in coltura. Ad oggi nessuna xenotrapianto sperimentale ha dimostrato la trasmissione di pervertiti, tuttavia ciò non significa che le infezioni da pervertiti nell’uomo siano impossibili. Le cellule di maiale sono state progettate per inattivare tutti i 62 pervertiti nel genoma utilizzando la tecnologia di editing del genoma CRISPR Cas9 e hanno eliminato l’infezione dal maiale alle cellule umane in coltura.

EthicsEdit

Gli xenotrapianti sono stati una procedura controversa da quando sono stati tentati per la prima volta. Molti, compresi i gruppi per i diritti degli animali, si oppongono fermamente all’uccisione di animali per raccogliere i loro organi per uso umano. Nessuna delle principali religioni si oppone all’uso di organi di maiale geneticamente modificati per trapianti salvavita. In generale, l’uso del tessuto di maiale e mucca negli esseri umani è stato incontrato con poca resistenza, salvo alcune credenze religiose e alcune obiezioni filosofiche. Sperimentazione senza consenso dottrine sono ora seguite, che non era il caso in passato, che può portare a nuove linee guida religiose per ulteriori ricerche mediche su linee guida ecumeniche pronunciate. La “Regola comune” è il mandato di bioetica degli Stati Uniti a partire dal 2011.

Storia dello xenotrapianto in eticamodifica

All’inizio del xx secolo, quando gli studi sullo xenotrapianto erano appena iniziati, pochi ne mettevano in discussione la moralità, rivolgendosi agli animali come alternativa “naturale” agli allotrapianti. Mentre le commedie satiriche deridevano Xenografters come Serge Voronoff, e apparivano alcune immagini che mostravano primati emotivamente sconvolti – che Voronoff aveva privato dei loro testicoli – non erano ancora stati fatti seri tentativi di mettere in discussione la scienza basata sulle preoccupazioni per i diritti degli animali. Lo xenotrapianto non è stato preso sul serio, almeno in Francia, durante la prima metà del 20 ° secolo.

Consenso informato del pazientEdit

L’autonomia e il consenso informato sono importanti quando si considerano gli usi futuri dello xenotrapianto. Un paziente sottoposto a xenotrapianto dovrebbe essere pienamente consapevole della procedura e non dovrebbe avere alcuna forza esterna che influenzi la loro scelta. Il paziente deve comprendere i rischi e i benefici di tale trapianto. Tuttavia, è stato suggerito che anche amici e familiari dovrebbero dare il consenso, perché le ripercussioni del trapianto sono elevate, con il potenziale di malattie e virus che attraversano l’uomo dal trapianto. I contatti stretti sono a rischio di tali infezioni. Può anche essere necessario monitorare le relazioni strette per garantire che la xenozoonosi non si verifichi. La domanda diventa allora: l’autonomia del paziente diventa limitata in base alla volontà o alla riluttanza di amici e familiari a dare il consenso, e i principi di riservatezza sono infranti?

La sicurezza della salute pubblica è un fattore da considerare. Se esiste un rischio per il pubblico per un focolaio di trapianto, devono essere messe in atto procedure per proteggere il pubblico. Non solo il destinatario del trapianto deve comprendere i rischi e i benefici, ma la società deve anche comprendere e acconsentire a tale accordo.

Il Comitato Etico dell’Associazione Internazionale degli xenotrapianti sottolinea che una delle principali questioni etiche è la risposta della società a tale procedura. Il presupposto è che il destinatario del trapianto sarà chiesto di sottoporsi permanente di monitoraggio, che vorrebbe negare il destinatario la possibilità di terminare il monitoraggio in qualsiasi momento, che è in diretta opposizione alla Dichiarazione di Helsinki e il Codice dei Regolamenti Federali.Nel 2007, lo xenotrapianto è stato vietato con motivi etici in tutti i paesi, ma anche Argentina, Russia e Nuova Zelanda. Da allora, la pratica è stata effettuata solo per il trattamento del diabete di tipo 1 per servire come sostituto per le iniezioni di insulina.

C’è un principio che è stato concepito da Tom Beauchamp e James Childress che enfatizza l’autonomia del paziente, la non maleficenza, la beneficenza e la giustizia. Questi principi riguardano rispettivamente il consenso informato, il Giuramento di Ippocrate di non fare del male, applicare la propria abilità per aiutare gli altri e proteggere i diritti degli altri a cure di qualità.

Linee guida sugli xenotrapianti negli Stati UnitiModifica

La Food and Drug Administration (FDA) ha anche dichiarato che se un trapianto ha luogo il ricevente deve sottoporsi a monitoraggio per il resto della vita di quel ricevente e rinunciare al diritto di recesso. La ragione per cui è necessario un monitoraggio permanente è dovuta al rischio di infezioni acute che possono verificarsi. La FDA suggerisce che un programma di screening passivo dovrebbe essere implementato e dovrebbe estendersi per la vita del destinatario.