Oswajamy biotechnologię (XIV) — ksenotransplantologia

Oswajamy biotechnologię (XIV) —
ksenotransplantologia
Człowiek, świnia — jedno serce, czyli kilka słów o ksenotransplantologii
W 2010 roku na Krajowej Liście Osób oczekujących na przeszczep nerki
figurowało 2581 osób. 1340 zgłosiło się pierwszy raz. Czemu w ogóle
poruszać temat transplantacji ogólnie a ksenotransplantacji w
szczególności? Liczby te pokazują, że problem jest pilny i naglący. Nie
wszyscy spośród oczekujących otrzymali potrzebny im do życia narząd.
Spośród oczekujących na nową nerkę w 2010- 48 osób zmarło. Niewiele?
W świetle liczb owszem, ale ludzkiego życia nie sposób mierzyć liczbami.
Statystyki pokazują, że również nie każdy przeszczep który dojdzie do
skutku zakończyć się musi sukcesem. Z odpowiedzią na problem ten stara
się przyjść biotechnologia, a jedynym z proponowanych rozwiązań są
ksenotransplantacje.
Czym jednak w ogóle jest transplantologia? Mianem tym określana jest nauka
zajmująca się przeszczepieniem tkanek, komórek oraz całych narządów z jednego
ciała na inne. Aby przeszczep był udany musi występować zgodność tkankowa,
dawca i biorca powinni zostać właściwie dobrani, należy zastosować dobry płyn
prezerwacyjny oraz metodę prezerwacji dla transplantu, a także dobrać
odpowiednie leczenie immunosupresyjne. Oprócz tego niezbędna jest umiejętność
rozpoznawania oraz leczenia procesu odrzucania narządu, jak również
zapobieganie i leczenie powikłań. Pomimo, iż trwają prace nad powyższymi
aspektami a ich wyniki są obiecujące, znaczące są dysproporcje pomiędzy chorymi
oczekującymi na transplantację takich organów jak serce, wątroba, nerki czy
płuca, a ilością dostępnych narządów. Z tego powodu poszukiwane są wciąż nowe
metody i źródła pozyskiwania organów do przeszczepów, m. in. inżynierię
tkankową, wykorzystanie komórek macierzystych czy właśnie
ksenotransplantacje.
Terminem tym określa się przeszczepianie komórek, tkanek oraz narządów
między różnymi gatunkami. Przeszczep taki jest niestety- z powodu różnic
genetycznych występujących pomiędzy różnymi gatunkami- wysoce niezgodny pod
względem immunologicznym. Skutkiem jest zjawisko odrzucania przeszczepu- w
przypadku gatunków blisko spokrewnionych jego czas jest względnie długi- od
kilku godzin do kilku dni. Natomiast przy dużej odległości filogenetycznej
występuje ono już po kilku minutach. Zaletą ksenotransplantacji wydaje się być
fakt, że dostęp do takiego źródła organów jest znacznie lepszy niż w przypadku
szukania ludzkich dawców, pozwala to planować zabiegi z wyprzedzeniem oraz
pobierać narządy do natychmiastowego przeszczepu. Umożliwia też wcześniejsze
wprowadzanie leczenia immunosupresyjnego.
Ksenotransplantacje w leczeniu chorób
W zwalczaniu jakich schorzeń pomocne mogą być ksenotransplantacje? Obecnie
uważa się, że każdą chorobę leczoną na drodze transplantacji (przeszczep
komórek, tkanek lub narządów od człowieka do człowieka) można również leczyć
za pomocą ksenotransplantacji. Ksenotransplantacje mogą być w przyszłości
użyteczne w przypadku konieczności przeszczepu nerek, serca, szpiku kostnego, a
także w leczeniu chorych na cukrzycę oraz chorobę Parkinsona.
Leczenie dwóch ostatnich z wymienionych schorzeń polegało by na tzw.
komórkowej ksenotransplantacji w celu zastąpienia nie pracujących właściwie ze
względu na zmiany chorobowe specyficznych tkanek lub komórek (komórki
Langerhansa w przypadku cukrzycy i nerwowe przy chorobie Parkinsona) na
zdrowe, pochodzące od zwierzęcego dawcy.
Istnieje też możliwość leczenia niewydolności wątroby poprzez tzw.
ksenotransplantacje pozaustrojowe, co miałoby polegać na krótkotrwałym
łączeniu krwiobiegu człowieka ze zdrową wątroba świni, trzymaną poza ciałem
ludzkim. Miałoby to na celu odciążenie wątroby człowieka aby powróciła ona do
właściwego funkcjonowania lub przynajmniej zyskanie czasu na znalezienie dawcy
ludzkiego.
Skąd ten pomysł?
W 1682 r. przeprowadzona została operacja zastąpienia fragmentu czaszki
pewnego rosyjskiego arystokraty kością pochodzącą od psa. Zdarzenie to jest
uważane za pierwszy udokumentowany zabieg ksenotransplantacyjny. Natomiast
pod koniec wieku XIX popularną metodą leczenia oparzeń było wykorzystywanie
żabiej skóry.
W wieku XX zainteresowano się naczelnymi, upatrując w nich potencjalnych
dawców narządów dla ludzi z uwagi na bliskie pokrewieństwo filogenetyczne, a
także duże anatomiczne i fizjologiczne podobieństwo ich organów do organów
ludzkich. Rozpatrywano przede wszystkim szympansy i pawiany. Na lata 60 tego
wieku datują się pierwsze próby tego typu przeszczepów. Niestety, ich wyniki nie
były zadowalające. Spośród sześciu pacjentom poddanym w 1963 roku w Denver
przeszczepowi nerki pochodzącej od pawiana wszyscy zmarli- najkrótszy czas
życia wynosił 19, najdłuższy 98 dni. Tego samego roku w Nowym Orleanie
dokonano przeszczepu nerek szympansich- spośród 12 pacjentów jeden przeżył
wprawdzie aż dziewięć miesięcy, reszta jednak zmarła przed upływem dwóch
miesięcy.
Kolejne próby ksenotransplantacji również nie były zadowalające. Jedną z bardziej
znanych jest podjęta w 1984 roku próba przeszczepienia nowo narodzonej
dziewczynce serca pobranego od pawiana. Po po przeszczepie podano jej
cyklosporyny. Przeżyła 20 dni, a sprawa znalazła głośny wydźwięk w mediach
(tzw. „Sprawa „Baby Fae”) i wywołała burliwą dyskusję.
Po 1993 roku zaczęto odchodzić od wykorzystywania naczelnych jako dawców
organów do transplantacji. Narządy wewnętrzne pawianów i szympansów są
nieduże więc ich przeszczepianie dorosłym ludziom było trudne. Gatunki te są też
trudne w hodowli, odznaczają się małą płodnością i długim okresem ciąży, a ich
patogeny takie jak BaEV, SIV, STLV, SRV, SFV oraz wirus SV40 są patogenne
także dla ludzi.
Świnia- najlepszy przyjaciel człowieka…
Kiedy naczelni „zawiedli” poszukiwania rozpoczęto wśród gatunków odleglejszych
ewolucyjnie. Casting „wygrała” świnia. Czemu? Duża liczba ras o zróżnicowanej
wielkości pozwala dobrać narząd o wielkości odpowiedniej dla biorcy. Stworzenia
te łatwo poddawać zabiegom inżynierii genetycznej, mają one zbliżone do
człowieka parametry anatomiczne i fizjologiczne, a także takie cechy jak np.
ciśnienie tętnicze. Niektóre świńskie hormony (insulina) a także czynniki
tkankowe (czynnik VIII krzepnięcia) działają również na organizm człowieka a
perfuzja krwi przez świńską wątrobę pozwala na detoksykację chorych będących
w śpiączce wątrobowej.
Oprócz zalet występują także wady, których przyczyną jest dystans filogenetyczny
pomiędzy świnią o człowiekiem. Już po kilku minutach po przeszczepie ma miejsce
nadostre odrzucenie organów. Układ odpornościowy atakuje przede wszystkim
komórki nabłonka naczyń krwionośnych, następuje niedokrwienie i obumarcie
narządu. Leki immunosupresyjne jedynie opóźniają ten proces, zwiększając
ponadto podatność organizmu na drobnoustroje i podnosząc ryzyko wystąpienia
nowotworu. U człowieka za proces ten w przypadku odrzucenia organów
pochodzących od świni odpowiadają ksenoreaktywne przeciwciała skierowane
przeciwko obecnemu na glikolipidach i glikoproteinach antygenowi Gal świni,
który tworzy enzym alfa-1,3-galaktozylotransferaza.
Bariera ta została przełamana w roku 1992, gdy naukowcom z biotechnologicznej
firmy Imutran udało się uzyskać rasę świń zmodyfikowanych odpowiednio przy
pomocy metod inżynierii genetycznej, co niebawem zostało dostrzeżone przez cały
świat medyczny. Właściwości tkanek świń tej rasy zostały zmienione tak, aby
oszukać ludzki układ immunologiczny unikając nadostrego odrzucenia. Dokonane
trzy lata później przeszczepienie świńskiego serca małpom potwierdziło
pokonanie tej bariery- serce pracowało przez 60 dni.
Również nasz kraj ma w tej dziedzinie coś do powiedzenia. Knurek TG 1154,
pierwsza polska świnia modyfikowana genetycznie przyszedł na świat w 2003
roku w Instytucie Zootechniki w Balicach koło Krakowa.
Retrowirusy- ukryte niebezpieczeństwo
W związku ze stosowaniem komórek, tkanek czy narządów pochodzących od świni
pojawia się obawa o ryzyko związane z zakażeniem wirusami dawcy i pokonaniem
przez nie bariery międzygatunkowej. Na drodze właściwego doboru dawcy
narządów i właściwej selekcji stad można wyeliminować większość patogenów, o
wiele większy problem stanowią endogenne retrowirusy świni (PERV, ang.
Porcine Endogenous Retroviruses). Są one bowiem integralną część ich genomu.
Wprowadzenie DNA PERV wraz z przeszczepem do organizmu człowieka może
mieć tragiczne skutki- przeprowadzone badania wykazały patogenność wirusów
PERV wobec komórek ludzkich w warunkach laboratoryjnych.
Inne wirusy świńskie mogące potencjalnie zagrozić pacjentowi to PLHV (ang.
porcine lymphotropic herpesvirus), PCMV (ang. porcine cytomegalovirus) i PCV
(ang. porcine cir-kovirus). Wszystkie są bardzo rozpowszechnione wśród świń i
coraz częściej obejmuje się je programem kontrolnym dla odbiorców
przeszczepów świńskich komórek. Niektórzy lekarze, m. in. specjalista chorób
zakaźnych prof. Peter Collington zauważają, że istnieją być może również inne,
nieznane obecnie patogeny zwierzęce, mogące stanowić niebezpieczeństwo dla
potencjalnych ludzkich biorców pochodzących od zwierząt narządów.
Jednocześnie przebadanie pacjentów poddanych przeszczepom świńskich
komórek nie wykazało zakażenia żadnymi podejrzanymi wirusami. W odpowiedzi
na rodzące się obawy przychodzi też wiele technik pozwalających w badanym
materiale poszukiwać i stwierdzić obecność wirusów. Zaliczyć do nich można m.
in. transmisyjną mikroskopię elektronową (TEM) oraz immunocytochemię (ICC).
Obawy natury etycznej
Ksenotransplantacje są tematem wywołującym liczne pytania dotyczące kwestii
etycznych, religijnych czy światopoglądowych i posiadają zarówno zwolenników
jak i przeciwników.
Obrońcy praw zwierząt sprzeciwiają się traktowaniu zmodyfikowanych
genetycznie świń jako żywych inkubatorów ludzkich narządów. Innym
podnoszonym argumentem jest ten, iż technologia ta wciąż nie jest odpowiednio
dopracowana, aby mogła być stosowana na szerszą skalę. Mimo pokonania
bariery odrzucenia nieostrego, nie wiadomo wciąż jak świńskie narządy będą
funkcjonować w ciele ludzkiego dawcy, ani też jak długo będą działać i na ile
sprawnie.
Również ryzyko opóźnionego ujawnienia się infekcji odzwierzęcych będących
skutkiem transplantacji od dawców zwierzęcych budzi obawy i powinno być brane
pod uwagę w toku dalszych prac z dziedziny ksenotransplantacji.
Duże kontrowersje ze strony etycznej budzi fakt pewnego rodzaju ograniczenie
praw pacjenta poddanego ksenotransplantacji, szczególnie prawa do
anonimowości i prywatności, gdyż podnoszone są głosy o konieczności
informowania przez pacjenta o tym fakcie otoczenia.
Podnoszone są też głosy dotyczące wpływu kwestii religijnych, zależnie od kręgu
kulturowego i wiary uczestników dyskusji. Niezależnie od podnoszonych
argumentów- zarówno za jak i przeciw ksenotransplantacjom, faktem jest iż
technika stanowi jedną z alternatyw przeszczepów pochodzących od dawców
ludzkich, których wciąż jest za mało. Z drugiej strony badania wciąż trwajązarówno nad jej udoskonaleniem, jak i znalezieniem rozwiązań alternatywnych.
Być może przyszłość rozwieje niektóre z obecnych obaw, przynosząc rozwiązanie
związanych obecnie z ksenotransplantacjami problemów. Możliwe jest również
znalezienie technik alternatywnych- mniej ryzykownych i ekonomiczniejszych czy
budzących mniejsze wątpliwości etyczne. Jakkolwiek się nie stanie, obecnie
ksenotransplantacja jest dziedziną rozwijającą się- czas pokaże w jakim kierunku.
Olga Andrzejczak
Literatura:
Ogólne aspekty ksenotransplantacji,
(www.biotechnolog.pl) 2009-12-09
Jarosław
Zdzisław
Kuźmicz
Organizmy genetycznie zmodyfikowane. Materiały szkoleniowe. Polskie
Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych Oddział Wielkopolski , Poznań,
2007.
Infekcje wirusowe w ksenotransplantacjach i strategie ich wykrywania . U.
Mazurek i wsp., Biotechnologia, 1 (72) 125–132 2006.
Biotechnologiczne i medyczne podstawy ksenotransplantacji, Z. Smorąg i wsp.,
Ośrodek Wydawnictw Naukowy, Poznań 2006
Uzyskiwanie świń wykorzystywanych w ksenotransplantacji, J. Jura i wsp.,
Biotechnologia, 1 (72) 151- 158 2006
Ksenotransplantacja – możliwości i ograniczenia, Z. Smorąg, R. Słomski, NAUKA,
4/2005,133-148.
Pierwszy przeszczep wątroby zmodyfikowanej genetycznie, Anna Gumułka
(www.naukawpolsce.pap.pl), 2005- 03-18
Z pewnym opóźnieniem, publikujemy już ostatni tekst z naszego cyklu.
Być może jest jeszcze coś o co chcielibyście zapytać. Piszcie do nas. Na
pewno nie pozostaniemy obojętni!
Data publikacji: 15.08.2011r.