Проблема нестачі органів
Трансплантація органів була однією з історій феноменального успіху медицини
На жаль, спільнота трансплантологів НЕзмогло задовольнити попит на донорські органи. Безумовно, за останнє десятиліття було відзначено збільшення доступності донорських органів. Але це пояснюється збільшенням числа «живих» донорів (в першу чергу нирок, а в деякій мірі - печінки і легенів) і все більш частим використанням донорських органів від мертвих, які багато років тому вважалися непридатними.
Розрив між потребою в органах і доступністю органів продовжує збільшуватися, незважаючи на велику громадську просвітницьку роботу з донорства органів.
Смертність у листі очікування становить 10пацієнтів на день і час очікування пацієнтів для всіх основних органів продовжує зростати. Це призводить до того, що вчені шукають нових джерел донорських органів. Наприклад, від тварин. Чи успішно?
Експерименти з трансплантацією органів тварин
Трансплантація органів від людини до людиниіснує тільки з 1950-х років, і вчені працюють над трансплантацією органів від тварин до людини - ксенотрансплантація - майже стільки ж. У 60-х Кейт Реемтсма експериментував з трансплантацією нирок шимпанзе людям. Більшість з експериментів зазнали невдачі протягом декількох тижнів, але одна жінка прожила дев'ять місяців. Більшість інших спроб ксенотрансплантації, особливо серця і легенів, мали аналогічний успіх. У 1984 році, в ході однієї з найвідоміших трансплантацій між видами, Леонард Бейлі пересадив серце павіана немовляті, Бебі Фей. Серце відмовило через 20 днів, але рік по тому воно стало воротами для першої педіатричній трансплантації серця від людини до людини. У 2015 році, за допомогою генної інженерії, вчені, крім серця свині, зберегли живу і функціонуючу нирку павіана протягом 136 днів.
До сих пір міжвидові трансплантації неможливо було підтримувати нескінченно. Справа в тому, що імунна система людини побудована так, щоб відривати чужорідні тіла, в даному випадку - органи.
У лабораторних випробуваннях проблеми виникають,коли людська кров перекачується через органи свині. Згідно з експериментами компанії Revivicor з трансплантацією органів свиней, яка, до речі, створила клоновану вівцю Доллі і зараз активно працює в області ксенотрансплантації, що повільно розвивається, імунна відповідь запускається природними антитілами, спрямованими проти епітопу галактози, або тієї частини клітин свині, антитіла прикріплюватися самі чи ні. Тому компанія працює над зміною цього епітопу, додаючи до геному свині людський тромбомодулін, білок, що покриває ці епітопи. Це змушує їх здаватися більш «чеорвекоподібними», і, отже, у тіла менше шансів відкинути їх.
Завдання полягає в тому, щоб націлити гени,які відкидаються людським тілом, а потім знайти способи їх редагування. Бабуїн, який вижив після трансплантації серця, перебував на тяжкому курсі імунодепресантів і помер, коли його припинили. Але вчені не припиняють спроби.
Чому саме свині?
Свині генетично далекі від людей, але їх органимають однаковий розмір, і їх легко розводити, тому вони стали мішенню для ксенотрансплантації або трансплантації органів або клітин, що не відносяться до людини, в людське тіло. Клапани свиней вже успішно використовуються при пересадці серця.
Проблема пересадки органів від свиней
Органи свині по природі не сумісні злюдськими тілами. Щоб зробити їх більш придатними, вчені, наприклад, китайського біотехнологічного стартапу, заснованого піонером генетики з Гарварда Джорджем Черчем, доктором філософії, використовували CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats - короткі паліндромний повтори, регулярно розташовані групами) для одночасного внесення 42 модифікацій в 13 генів свиней. Компанія Qihan Biotech експериментує з різними редакторами генома з моменту свого заснування в 2017 році. Ця остання версія, яку вона називає «свиня 3.0», редагується найбільш широко.
Зміни призначені для запобігання імунного відторгнення, згортання крові, кровотечі та інфекції у реципієнтів трансплантата.
Щоб свиняча нирка, серце або легке моглизберегти життя людині, необхідно обдурити імунну систему людини, щоб вона не розпізнала, що вона належить до іншого виду. Саме тут на допомогу приходить технологія редагування генів Crispr, що дозволяє дослідникам вносити цільові зміни в повний набір генів одночасно в багатьох місцях. Технологія CRISPR використовувалася eGenesis для видалення з геному свині групи вірусів, які, як дехто побоюється, можуть потрапити в організм людини після трансплантації. Тепер вони також працюють над видаленням маркерів, які ідентифікують клітини як чужорідні, щоб імунна система людини не відхиляла їх.
Компанія повідомила про свої результати в журналі Natural Biomedical Engineering 21 вересня.
"Це демонстрація сили", - заявив уінтерв'ю Future Human Джей Фішман, доктор медичних наук, заступник директора програми трансплантації в Массачусетській лікарні загального профілю, який не брав участі в дослідженні. “У нас не вистачає органів для трансплантації. Тепер ми маємо інструменти, що дозволяють маніпулювати органами тварин, намагаючись змусити ці органи працювати».
З огляду на розмір органів і функції, аналогічнілюдським, свині довгий час розглядалися як багатообіцяючий джерело для трансплантації органів людини. Але є два основні перешкоди на шляху запровадження органів свині людям: швидке імунне відторгнення і можливість зараження.
На поверхні свинячих клітин є молекули,звані антигенами, які здаються чужорідними для імунної системи людини. В результаті будь-який орган свині, трансплантований людині, викличе важкий імунну відповідь, що призведе до швидкого відторгнення. Клапани серця свиней зазвичай трансплантували людям протягом десятиліть, але тканина свині «фіксується» за допомогою хімікатів, так що клітини більше не живі.
У минулому році лікарі подолали цю проблему зімунітетом, коли вони вперше пересадили генно-модифіковану шкіру свині потерпілому від опіку. Свині були спеціально вирощені, щоб запобігти відторгненню шкіри. Хоча трансплантати зі шкіри свині повинні бути тимчасовими і в кінцевому підсумку замінюються шкірою власного тіла людини, вони розглядаються як ключовий крок до клінічних випробувань на людях, в яких використовуються цілі органи свині.
Ще одним потенційним перешкодою длятрансплантації органів свині людині є той факт, що свині містять у своїй ДНК сімейство вроджених вірусів, відомих як ендогенні ретровіруси свиней, або PERV. Ці віруси можуть передаватися людині під час трансплантації, але їх ризик для людини досі незрозумілий.
У 2017 році Черч і інші, в тому числі Лухан Янг,доктор філософії, який працював в лабораторії Черча, повідомили про перший прототип свині з CRISPR: свині без PERV. Друга версія, свиня 2.0, мала правки імунної системи. Pig 3.0 (свиня 3.0) поєднує в собі всі ці правки.
«Вони досить здорові», - заявив генеральнийдиректор Qihan Biotech. «Поки що вони виглядають нормально з точки зору їх фізіології, фертильності та репродуктивної здатності». За даними аналізів крові, печінку, серце і нирки відредагованих свиней функціонують нормально.
Компанія, що базується в Ханчжоу, справила близько 2 000 голів свиней 3,0 в Китаї. Деяким дозволили спаровуватися, і отримане потомство також несе ті ж генетичні модифікації, що і їх батьки.
Тепер питання полягає в тому, чи дійсноці модифікації роблять органи свині більш придатними для трансплантації людині. «Стрибок віри, який ми повинні зробити, полягає в тому, що тепер вони будуть виробляти органи, які функціонують у людей», - каже Фішман. «Але ми цього ще не знаємо».
В цілому, поки дають ясну картину про те, чи можливоце у вчених немає. Однак прагнення компанії Revivicor до створення органів свині носить особистий характер, зазначає Smithsonian Magazine. Мартіна Ротблатт, засновниця нинішньої материнської компанії Revivicor United Therapeutics, має дочку з легеневою артеріальною гіпертензією, захворюванням легень, яке зазвичай закінчується смертельним результатом. Єдиний спосіб вилікувати це - пересадка, тому вона витратила час і гроші на трансплантацію органів і тканинну інженерію. Revivicor фокусується на серце і печінки, а не на легких, тому що легкі більше схильні до впливу імунної системи. Вони заявили, що хочуть провести першу повну трансплантацію органів від свині людині протягом десятиліття.
Мрія Ротблатт про те, щоб Revivicor стала«складальної лінією» для нових органів, щоб «вони завжди були в достатку», - це просто мрія. Хоча досягнуто значного прогресу в тому, як органи підтримують свою цілісність, до прямої трансплантації від свині людині ще далеко.
«Імунологічні та патофізіологічні проблеми,пов'язані з ксенотрансплантацією свиней … значні і, ймовірно, відображають той факт, що минуло 80 мільйонів років відколи свиня і людина розійшлися за еволюційною шкалою», — написав Девід К.С. Купер, хірург з Томаса Е. Інститут трансплантації Starzl при Медичному центрі Університету Піттсбурга, у статті 2012 року про ксенотрансплантацію. «Тому, за словами [німецького вченого] Клауса Хаммера, ми намагаємося „перехитрити еволюцію“».
Крім перерахованих проблем з імунітетомлюдини та міжвидовими інфекціями, вченим також потрібно перетнути непросту моральну межу. Трансплантація серця Бейлі все ще викликає суперечки, і є побоювання як щодо поінформованої згоди з боку пацієнта, так і щодо благополуччя тварин. Групи захисту прав тварин, як і слід очікувати, виступають проти розведення тварин з метою вилучення їх органів. Згідно з MIT Technology Review, «останнього разу, коли лікар пересадив людині серце свині, в Індії в 1996 році він був заарештований за вбивство» .
Тестування органів від тварин
Перш ніж відредаговані органи свині можнабуде використовувати на людях, їх необхідно спочатку протестувати на мавпах, близьких родичів людини. За словами Янга, Qihan Biotech провела «десятки» пересадок органів від свині до мавпі. Компанія приділяє особливу увагу нирках, оскільки потреба в них дуже велика, але також проводить трансплантацію декількох органів, щоб вивчити, як інші органи свині живуть у мавп. За словами Янга, останні зміни привели до менш серйозним імунних реакцій у мавп в порівнянні з попередніми прототипами свиней. Вона відмовилася повідомити, як довго вижили пересаджені мавпи.
У 2016 році дослідники з Національного інституту здоров'я США оголосили, що їм вдалося зберегти живим серце свині в павіанів більше двох років, побивши всі попередні рекорди.
Ян і Черч також є співзасновниками eGenesis,партнерської компанії Qihan Biotech в Бостоні, яка виготовила понад 100 відредагованих свиней, згідно MIT Technology Review. Але дослідження на мавпах дороги і викликають суперечки в Сполучених Штатах, а китайські правила більш сприятливі для досліджень на нелюдських приматах.
Фішман каже, що той факт, що свині здаютьсяздоровими та плідними і мають прикмети нормального розміру, є гарною ознакою того, що генетичні маніпуляції не пошкодили свиням. Але CRISPR не є ідеальним: одним з його добре відомих побічних ефектів є те, що він може вносити так звані «нецільові» зміни — ненавмисні зміни в інших місцях геному. Деякі з цих невеликих змін ДНК, ймовірно, є нешкідливими, але інші можуть мати наслідки для здоров'я.
Ризики і наслідки
Коли Ян і її команда використовували секвенуваннягенома для пошуку нецільових ефектів у відредагованих свиней, вони виявили кілька ненавмисних вставок і вилучень. Ці ненавмисні зміни відбулися в «некодуючих» генах тих, - які не містять інструкцій по створенню білків, необхідних організму. Вчені колись вважали цю частину генома «сміттєвої ДНК», але тепер розуміють, що ці області можуть мати важливі функції.
Мухаммад Мохіуддін, доктор медицини, директорпрограми серцевої ксенотрансплантації в Медичній школі Університету Меріленда, який не брав участі в роботі, попереджає, що великі модифікації генів можуть призвести до аномалій в органах тварин.
Він також говорить, що для різних органів можутьзнадобитися різні генетичні модифікації. «Ми повинні бути обережні, щоб не змінювати більше генів, ніж ті, які абсолютно необхідні, щоб уникнути невідомих ризиків».
Читати також
Річна місія в Арктиці закінчилася, і дані невтішні. Що чекає людство?
Вчені з'ясували, чому діти є найнебезпечнішими переносниками COVID-19
У США знайшли і знищили гніздо азіатських шершнів-убивць