Oswajamy biotechnologię (XIV) ksenotransplantologia

Transkrypt

1 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 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 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

2 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 szympansichspośród 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.

3 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 skutkiprzeprowadzone 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.

4 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 trwają- zarówno 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, Jarosław Zdzisław Kuźmicz ( Organizmy genetycznie zmodyfikowane. Materiały szkoleniowe. Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych Oddział Wielkopolski, Poznań, Infekcje wirusowe w ksenotransplantacjach i strategie ich wykrywania. U. Mazurek i wsp., Biotechnologia, 1 (72) 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) Ksenotransplantacja możliwości i ograniczenia, Z. Smorąg, R. Słomski, NAUKA, 4/2005, Pierwszy przeszczep wątroby zmodyfikowanej genetycznie, Anna Gumułka (

5 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!