Japończycy będą hodować świnie z ludzkimi narządami

Skrajna niewydolność narządowa to stan poważnie zagrażający życiu pacjenta. Wielkim osiągnięciem medycyny w tej kwestii było powstanie transplantologii i zauważenie, że niesprawny organ można zastąpić w określonych warunkach takim samym, pobranym od innego pacjenta (np. po śmierci).

Powodzenie przeszczepu jest uwarunkowane kilkoma czynnikami: dopasowaniem dawcy do biorcy, układem zgodności tkankowej, właściwym przechowaniem organu do czasu transplantacji oraz zastosowaniem odpowiedniego leczenia immunosupresyjnego. Wszystko to po to, by ryzyko odrzucenia przeszczepu było jak najmniejsze.

Współczesna transplantologia zaskakująco dobrze opanowała wymienione wyżej aspekty i statystycznie coraz więcej zabiegów kończy się pełnym sukcesem. Z powodzeniem przeszczepia się dziś rogówki, nerki, płaty wątroby czy serca. Mimo znacznego postępu medycyny, na świecie wciąż istnieją ogromne dysproporcje między liczbą osób oczekujących na przeszczep, a liczbą organów dostępnych do wykorzystania.

Lekarze i naukowcy różnych dyscyplin starają się znaleźć alternatywne ścieżki pozyskiwania narządów. Wykorzystanie inżynierii tkankowej, komórek macierzystych, druku 3D czy bioreaktorów to tylko niektóre z pomysłów.

Wielkie nadzieje świat medycyny pokłada w przeszczepianiu zmodyfikowanych genetycznie komórek, tkanek i narządów pozyskanych od zwierząt. Ksenotransplantacje, mimo iż dla wielu etycznie wątpliwe, odpowiednio kontrolowane mogą dać naprawdę zadowalające rezultaty. Szczególnie, jeżeli zwierzęta innych gatunków potraktujemy tylko jako inkubatory, w których miałyby rozwijać się ludzkie organy. Te po osiągnięciu pełnej dojrzałości byłyby pobierane i wszczepiane biorcom. Brzmi jak pomysł z filmu science fiction? A nie powinno, bo już niebawem podobne praktyki mogą być powszechnie stosowane w Japonii.

Ksenotransplantologia może zostać użyta do wyleczenia praktycznie każdej choroby, z którą z powodzeniem radzi sobie klasyczna transplantologia. Naukowcy największe nadzieje wiążą z międzygatunkowymi przeszczepami nerek, serca oraz szpiku kostnego.

U cierpiących na cukrzycę lub chorobę Parkinsona będzie można zastosować komórkową ksenotransplantację. Podmianie na prawidłowo funkcjonujący zestaw będą ulegały nie całe narządy, a konkretne grupy komórek.

W przypadku cukrzycy wymianie ulegałyby budujące wyspy Langerhansa komórki trzustkowe, natomiast w chorobie Parkinsona zużyte neurony. W pewnych sytuacjach jest także możliwe pozaustrojowe ksenotransplantacyjne leczenie niewydolności wątroby. Wiązałoby się to z czasowym połączeniem krwiobiegu człowieka ze zdrową wątrobą świni.

Zyskany w ten sposób czas pozwoliłby na regenerację ludzkiego narządu lub przeczekanie newralgicznego okresu w oczekiwaniu na ludzkiego dawcę. Na podobnej zasadzie działają przecież pozaustrojowe protezy serca, która w przypadku skrajnych niewydolności ratują życie pacjentom, zanim pojawi się żywy organ do przeszczepu.

Pierwszy zarejestrowany zabieg ksenotransplantacyjny przeprowadzono w 1682 r. Wtedy to użyto psiej kości do naprawy czaszki pewnego rosyjskiego arystokraty. Operacja zakończyła się sukcesem, ale Kościół katolicki wyraźnie potępił takie procedery. Medycyna jednak nadal korzystała z dobrodziejstw ksenotransplantacji. Pod koniec XIX w. żabią skórę regularnie wykorzystywano do leczenia oparzeń - Brytyjczycy podobno wykonali setki takich zabiegów, szczególnie wśród żołnierzy.

O ksenotransplantacjach zaczęło znowu być głośno w latach 60. XX w. Poważnie rozważano wtedy wykorzystanie naczelnych - szczególnie pawianów i szympansów - jako potencjalnych dawców narządów dla ludzi. Podjęto próby zweryfikowania tezy, że naczelne, jako najbliżej spokrewnione filogenetycznie z człowiekiem i wykazujące duże podobieństwo fizjologiczne, powinny być idealnymi zwierzętami do przeszczepów międzygatunkowych.

Pionierami w ksenotransplantacjach byli Amerykanie, którzy mieli zarówno najwięcej odwagi, jak i środków do przeprowadzania tego typu operacji.

W 1963 r. w Denver Thomas Starzl przeszczepił 6 osobom pochodzące od pawianów nerki. Operacja nie zakończyła się pełnym sukcesem, bo pacjenci zaczęli umierać już po 19 dniach. Także w 1963 r. w Nowym Orleanie spróbowano podobnego zabiegu, tyle że z szympansimi nerkami. Jeden z 12 pacjentów przeżył aż 9 miesięcy z małpim organem, ale pozostali umarli znacznie szybciej, już po 8 tygodniach od zabiegu.

Rok później, w amerykańskim Jackson 68-letniemu mężczyźnie przeszczepiono serce od szympansa. Uznano to jednak za "fizjologicznie sprzeczny" zabieg, gdyż pacjent z szympansim sercem przeżył zaledwie 2 godziny. W kolejnych latach od szympansów próbowano przeszczepiać wątroby, jednak z równie miernym skutkiem. Dzieci, które poddawano zabiegowi umierały maksymalnie po 2 tygodniach.

W latach 70. ubiegłego wieku znów spróbowano ksenotransplantacji serca. Po przeszczepie serca pawiana 25-letniej kobiecie w RPA utrzymywano ją przy życiu przez 6 godzin, do czasu wdania się ostrego zapalenia. Jakiś czas później operację powtórzono, ale na 60-letnim mężczyźnie, który z małpim sercem przeżył niecałe 4 dni.

Naukowcy zaczęli zastanawiać się czy problem nie leży po stronie wieku pacjentów. W 1984 r. przy wielkim oburzeniu opinii społecznej, w Kalifornii podjęto próbę przeszczepienia serca pawiana noworodkowi. Nagłośniona przez media sprawa "Baby Fae" doprowadziła do kolejnych dyskusją dotyczących słuszności ksenotransplantacji. Stosując cyklosporyny, udało się utrzymać małą dziewczynkę przy życiu przez 20 dni.

W kolejnych latach ludziom przeszczepiano pawianie wątroby, nerki i szpik kostny. Żadna z przeprowadzonych operacji nie okazała się rewolucyjna. Nawet gdy nie dochodziło do typowego odrzucenia przeszczepu międzygatunkowego, to pacjenci umierali w wyniku powikłań pooperacyjnych. Jeden z mężczyzn z małpią wątrobą przeżył 71 dni.

Lekarze zaczęli zastanawiać się nad celowością dalszego wykorzystywania naczelnych jako dawców narządów. Filogenetyczna bliskość człowieka i małp naczelnych może być sporym problemem. Pawianie i szympansie patogeny wirusowe, do których zalicza się BaEV, STLV, SRV, SIV, SFV i SV40 mogą być szkodliwe dla ludzi.

Z tego powodu w latach 90. ubiegłego wieku rozpoczęto poszukiwania zwierząt filogenetycznie dalszych, ale optymalnych fizjologicznie i anatomicznie dla człowieka. Zdecydowano, że najlepszą kandydatką będzie świnia. Trzoda chlewna jest łatwa i tania w hodowli, rozmnaża się szybko i dysponuje dużym potomstwem. Ze względu na duże zróżnicowanie wielkości ras, możliwe jest dopasowanie organów do odpowiednich biorców.

Świnie łatwo można modyfikować genetycznie. Zwierzęta te pod wieloma względami dysponują podobnymi parametrami fizjologicznymi co człowiek. Zbliżona jest osmolarność moczu, stopień filtracji kłębuszkowej, przepływ krwi przez nerki, rzut minutowy serca i ciśnienie tętnicze. Niektóre świńskie hormony i czynniki tkankowe działają na organizm człowieka i wykorzystuje się je w badaniach klinicznych.

Niestety, ze względu na duży dystans filogenetyczny, przeszczepy świńskich organów do organizmu człowieka najczęściej spotykają się z ostrym odrzuceniem, które może wystąpić nawet po kilku minutach. Układ odpornościowy biorcy atakuje głównie nabłonek naczyń krwionośnych przeszczepionego narządu, co błyskawicznie prowadzi do jego obumarcia. Stosowanie leków immunosupresyjnych w tym przypadku jest tylko działaniem doraźnym, bo samego procesu nie hamuje, a jedynie go opóźnia.

Za ostre odrzucenie ksenoorganów u człowieka odpowiadają przeciwciała wycelowane w antygen Gal, który jest obecny w glikolipidach i glikoproteinach świni. Tworzący się enzym alfa-1,3-galaktozylotransferaza wywołuje ostrą odpowiedź komórek odpornościowych człowieka.

Barierę immunologiczną udało się pokonać w 1992 r., kiedy to zespół biotechnologów z firmy Imutran wyhodował transgeniczną rasę świń. Do materiału genetycznego zwierząt wprowadzono geny, które zmieniały właściwości ich tkanek i tym samym oszukiwały ludzki układ odpornościowy. W 1995 r. ten sam zespół przeszczepił świńskie serce małpie, które pracując przez 60 dni ostatecznie potwierdziło, że problem ostrego odrzucenia już tu nie występuje.

Pomimo dużego postępu w ksenotransplantacjach, stosowanie świńskich komórek, tkanek lub narządów wciąż budzi obawy przed zakażeniem wirusami dawcy i pokonaniem przez nie bariery międzygatunkowej. Większość patogenów można wyeliminować przez odpowiednią selekcję ksenotransplantacyjnej trzody chlewnej.

Prawdziwym problemem są endgoegenne retrowirusy świni (PERV), które są silnie zintegrowane z ich genomem. W związku z tym, nie ma możliwości, by wprowadzane wraz z przeszczepianym narządem do organizmu człowieka świńskie DNA, było pozbawione PERV.

Wirusolodzy z Centrum Kontroli Chorób Zakaźnych (CDC) w Atlancie przebadali grupę 10 szwedzkich pacjentów, którym przeszczepiono świńskie komórki jako sposób leczenia cukrzycy. Te i inne liczne badania nie wykazały żadnych obaw zakażenia wirusami PERV. Nie wiadomo jednak czy retrowirusy PERV z czasem nie przekroczą bariery międzygatunkowej i asymilując się z DNA biorcy, nie uaktywnią swojej zabójczej natury. W warunkach laboratoryjnych wykazano, że PERV mogą inicjować transformację nowotworową w hodowlach ludzkich komórek.

Trwałe infekcje w organizmie człowieka mogą wywołać także inne świńskie wirusy - PLHV, PCMV i PCV. Nie wiadomo dokładnie jak poważne spustoszenie mogłyby wywołać u człowieka, ale biorąc pod uwagę fakt, że po przeszczepie organizm dawcy i tak jest bombardowany lekami immunosupresyjnymi, wystąpiłoby najprawdopodobniej realne zagrożenie życia. Mimo iż wszystkie wymienione (PERV, PLHV, PCMV, PCV) są rozpowszechnione w populacji świń, to do ksenotransplantacji wykorzystuje się jedynie zwierzęta ich pozbawione.

Obawa przed zakażeniem chorobami, z którymi nie będziemy potrafili walczyć, jest jedną z najpoważniejszych przeszkód do powszechnego stosowania ksenotransplantacji. Takiego problemu nie ma z przeszczepianymi organami, w których występuje pełna zgodność tkankowa. O takie niezwykle ciężko we współczesnej transplantologii. Istnieje jednak sposób, by to właśnie świnie były dawcami narządów, które po przeszczepie do organizmu człowieka w pełni się przyjęły. Zakłada on hodowanie ludzkich narządów w organizmach świń, które byłyby dla nich tylko inkubatorami. Ta nieprawdopodobna wizja już wkrótce może stać się rzeczywistością w Japonii.

Przeprowadzone ostatnio eksperymenty japońskich naukowców potwierdziły, że jest możliwa hodowla zwierząt z ludzkimi organami. Tym razem nie chodzi jednak o realizację szalonych wizji rodem z "Wyspy doktora Moreau" H.G.Wellsa, a o zaspokojenie ciągle rosnącego zapotrzebowania na organy do przeszczepów dla ludzi. Jeżeli faktycznie będzie możliwe hodowanie ludzkich narządów wewnątrz bioinkubatorów, których rolę będą pełnić np. świnie, doprowadzi to do wielkiego przełomu w transplantologii.

Innowacyjne badania, które mają doprowadzić do hodowli organów do przeszczepów w biologicznych inkubatorach, będą prowadzone na Uniwersytecie Meiji i Uniwersytecie Tokijskim. Ich pierwsze efekty mają być widoczne w ciągu najbliższych 5 lat. Hodowanie ludzkich narządów w ciałach innych zwierząt ma być natomiast powszechną metoda pozyskiwania organów do przeszczepów za 7-12 lat. Oba instytuty poczyniły już poważne kroki w stronę hodowli narządów hybrydowych.

Zespół badawczy z Uniwersytetu Meiji pod kierownictwem Hiroshiego Nagashimy dokonał manipulacji genetycznych, w których uczestniczyły różne gatunki świń. W modelowym osobniku Numer 29 wyłączono gen odpowiedzialny za rozwój trzustki, w związku z czym organ ten nie wykształcał się. Jednocześnie do materiału genetycznego wprowadzono DNA innej świni, które zawierało m.in. fragment odpowiedzialny za rozwój "czarnej" (chodzi o konkretnego osobnika, nie kolor organu) trzustki. W efekcie otrzymano hybrydową świnię, której organizm rozwinął się prawidłowo, zgodnie z instrukcjami zawartymi w "białym" DNA, ale z "czarną" trzustką.

Podobny eksperyment przeprowadzili badacze w z Uniwersytetu Tokijskiego, tyle że na myszach i szczurach. Hiro Nakauchi najpierw pobrał komórki skóry od dorosłego szczura wędrownego, a następnie przekształcił je w indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC). W tym stadium mogą one rozwinąć się w dowolną część ciała zwierzęcia.

Idąc tropem kolegów z Meiji, Nakauchi zdecydował się na wyhodowanie trzustki dorosłego szczura wędrownego, tyle że w ciele białej myszy. Eksperyment zakończył się pełnym sukcesem, a transplantacja przebiegła bez komplikacji. Nakauchi ma nadzieję, że podobne doświadczenie wkrótce będzie można przeprowadzić z udziałem komórek skóry człowieka oraz świńskimi zarodkami. Jeżeli to się uda, Japończyk będzie na dobrej drodze do Nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny.

Warto przypomnieć, że iPSC zostały odkryte w 2006 r. przez Japończyka Shinyę Yamanakę, za co w 2012 r. uczony otrzymał najwyższe naukowe wyróżnienie.

Sukces kolejnych badań japońskich naukowców jest nieunikniony. Hodowla świń z ludzkimi trzustkami, nerkami, wątrobami czy nawet sercami, będzie wyczekiwaną od dawna rewolucją w medycynie. Wytworzenie stabilnych genetycznie zwierząt znacznie skróci kolejki osób oczekujących na transplantację i wyeliminuje problemy związane z odrzuceniem przeszczepu. Dzięki obecności DNA biorcy w organizmie dawcy, rozwijany z iPSC organ będzie całkowicie zgodny z materiałem genetycznym biorcy.

Tego typu badania wciąż jednak budzą kontrowersję, także w Kraju Kwitnącej Wiśni. Społeczeństwo boi się, że wizje znane z "Wyspy doktora Moreau" się ziszczą, a tworzenie hybryd ludzi i zwierząt będzie na porządku dziennym.

Nakauchi przekonuje, że nie ma takiej opcji. Zarodek składający się z DNA człowieka i innego gatunku zwierzęcia nie przeżyłby wystarczająco długo, by móc mówić o jakimkolwiek jego rozwoju. Przecież kiedyś podobne kontrowersje budziło zapłodnienie in vitro wynalezione w Wielkiej Brytanii w 1970 r. Teraz jest to zabieg powszechnie stosowany na całym świecie, który tysiącom par daje szansę na prawdziwe macierzyństwo.

Podobną szansę już wkrótce mogą otrzymać osoby czekające na transplantację, dla których wciąż nie ma dawcy, a zegar tyka...