15.4K: Трансплантація органів

Нові деталі для старих

Багато органів і тканин зараз регулярно пересаджуються від однієї людини до іншої. За винятком рідкісних випадків, коли донором і реципієнтом є монозиготні («ідентичні») близнюки, такі трансплантати називають аллотрансплантатами.

• нирки
  • Живих донорів можна використовувати, оскільки вони мають дві нирки і можуть уживатися лише з однією.
• серце
  • Для пацієнтів з недостатністю серця (часто через спадкові дефекти). В якості донорів можуть використовуватися тільки трупи.
• легенів
  • Зазвичай пересаджують разом з серцем. Були зроблені деякі спроби з порціями легенів від живих донорів.
• підшлункової залози
  • Для людей з цукровим діабетом 1 типу.
• печінка
  • При незворотній печінковій недостатності (наприклад, від токсинів, інфекції гепатиту В).
• шкіра
  • Для опіків; зазвичай беруться з інших місць на власному тілі пацієнта.
• рогівки
  • Для відновлення зору; взяті з кадавр.
• крові
  • Для тимчасового відновлення обсягу крові.
• кістковий мозок
  • Як джерело крові («кровотворних») стовбурових клітин для повторного заселення власного мозку пацієнта, тобто
    • вроджений дефіцит своєї здатності виробляти один або кілька видів клітин крові - Приклад: важкий комбінований імунодефіцит (SCID)
    • була зруйнована терапією раку.
• пуповинної крові
  • Кров зливається (через пуповину) з плаценти новонароджених немовлят. Зручне джерело стовбурових клітин крові.
• яєчник
  • Відновила фертильність і народила здорових дітей, але поки лише тоді, коли донором та реципієнтом були монозиготні (однакові) близнюки.

Проблеми

• Відторгнення трансплантата
  • Імунна система пацієнта «бачить» аллотрансплантат як чужорідний (антигенний) і встановлює імунну відповідь проти нього.
• Хвороба трансплантата проти господаря (ГВВД)
  • Т-клітини в трансплантатах «бачать» тканини реципієнта як чужорідні антигени і монтують проти них імунну атаку. Це особливо серйозна проблема з трансплантатами кісткового мозку через багато Т-клітин в ньому.
• Інфекції
  • Спроби придушити імунну відповідь, щоб уникнути відторгнення трансплантата і ГВВД послаблюють здатність організму боротися з інфекційними агентами (бактеріями, вірусами, грибками).
  • Рідше донорський орган може бути інфікований і передати агент реципієнту. Туберкульоз, сказ, сифіліс, гепатит В, ВІЛ-1 та ряд інших захворювань передавалися таким чином. Потенційні донори органів зараз регулярно перевіряються на наявність доказів зараження ВІЛ-1 та -2, HTLV-1 та -2, гепатитами В і С (HBV, HCV), цитомегаловірусом людини (HCMV) та вірусом Епштейна-Барра (EBV), а також Treponema pallidum (сифіліс).
• Рак
  • Пригнічення імунних реакцій господаря також збільшує ризик раку.

Справляємося з імунологічними проблемами

• Використовувати при можливості власну тканину пацієнта (шкіру, кістковий мозок, судини).
• Використовувати тканину з «ідентичного» (монозиготного) близнюка в дуже рідкісних випадках, коли один доступний. Будучи генетично ідентичним, реципієнт бачить трансплантацію як «себе», а не як чужорідну, і не монтує атаку проти неї. Перші успішні трансплантації нирок (зроблені в середині 1950-х років) були між однаковими близнюками, і донори та реципієнти продовжували вести нормальне життя.
• Використовуйте «імунологічно привілейований» сайт. Це частини тіла, де імунна система не може наростити напад. Вони включають око, яєчка та мозок, але поки що експлуатується лише привілейований статус ока (для трансплантатів рогівки).
• Використовуйте родича, бажано рідного брата, в якості донора. Хоча вони ніколи не ідентичні, вони, можливо, успадкували деякі ті ж антигени гістосумісності, тому імунна відповідь реципієнта може бути не такою сильною, як інакше.
• Типування тканин. Визначте антигени гістосумісності як реципієнта, так і потенційного донора і використовуйте орган з найменшою кількістю розбіжностей.
• Імуносупресія. Використовуйте імуносупресивні засоби для притуплення імунної відповіді реципієнта. Незмінно потрібно для всіх аллотрансплантатів.

Тканинний набір тексту

Найсильнішими антигенами, вираженими тканинами, є молекули гістосумісності I і II класу. Вони кодуються масивом генів на хромосомі 6, який називається основним комплексом гістосумісності (MHC).

Малюнок 15.4.11.1 HLA

Молекули I класу складаються з трансмембранного білка, до якого прикріплені (нековалентно), молекули бета-2 мікроглобуліну і короткого пептиду. Трансмембранні білки класу I кодуються трьома локусами: HLA-A, HLA-B і HLA-C. Молекули I класу експресуються на поверхні майже всіх клітин організму (крім еритроцитів і клітин центральної нервової системи).

Молекули II класу складаються з двох трансмембранних поліпептидів: альфа (α) ланцюга і бета (β) ланцюга, між якими розташований (нековалентно) короткий пептид. Альфа- і бета-ланцюги кодуються скупченнями локусів в області хромосоми 6, позначеної HLA-D. На відміну від молекул I класу, молекули II класу експресуються лише на декількох типах клітин, головним чином антигенпрезентуючих клітинам (APC), таких як дендритні клітини та макрофаги, а також інші клітини, де відбувається запалення.

Чому так багато алелів MHC

Гени МНС - найбільш поліморфні відомі. На графіку вище показані останні підрахунки алелів, виявлених у кожному локусі людської популяції. Звичайно, будь-яка людина може успадкувати максимум два алелі в кожному локусі. Різноманітність алелей в популяції робить можливими тисячі різних комбінацій. У дослідженні 1000 донорів крові та органів у Сан-Франциско, які були набрані для HLA-A та HLA-B,

• Більше половини групи мали унікальну комбінацію.
• Ще 111 донорів мали набір цих молекул, якими вони ділилися лише з однією іншою людиною в групі.
• Найбільш частий фенотип (HLA-A1, HLA-A3, HLA-B7 та HLA-B8) був виявлений у 11 донорів.

Крайній поліморфізм MHC не розвинувся, щоб засмутити хірургів трансплантаторів та їх пацієнтів.

Чому ж тоді?

Функція молекул класу I і II класу полягає в тому, щоб «представити» антигенні пептиди Т-клітинам імунної системи. Пептиди - зазвичай близько 9 амінокислот довжиною - пов'язані нековалентними силами в канавці на поверхні молекули MHC. Ці пептиди можуть включати фрагменти білкових антигенів, отриманих від внутрішньоклітинних патогенів (наприклад, вірусів). Різні збудники генерують різні антигенні фрагменти. Різні молекули МНС відрізняються ефективністю, з якою пов'язують ті чи інші послідовності амінокислот в цих фрагментах. Тому ми можемо очікувати, що деякі продукти MHC будуть кращими за інші при представленні антигенів збудників імунної системи.

Один доказ: люди, інфіковані вірусом імунодефіциту людини (ВІЛ-1), які мають одну конкретну молекулу HLA-B, більш стійкі до розвитку повноцінного випадку СНІДу, ніж ті, у кого інші молекули HLA-B (хоча деякі з них відрізняються лише однією амінокислотою).

Ще один доказ: Вегнер та його колеги повідомили у випуску Science від 5 вересня 2003 року про результати прямого випробування цієї гіпотези. Вони піддавали групи колючок — що відрізняються кількістю алелів II класу — до трьох типів паразитів (все відразу). Вони використовували два види паразитарних нематод і один вид трематод). Ті риби з 5-6 різними алелями протистояли зараженню краще, ніж ті, у яких менше (або більше).

Тож цілком може бути, що велика різноманітність алелів класу I та II класу в людській популяції допомогла гарантувати, що жоден збудник не зможе знищити всю популяцію.

Техніки тканинного типування

Більшість типування тканин проводиться за допомогою серологічних методів: антитіл, специфічних для тих HLA-антигенів, які були ідентифіковані в людській популяції. Реакція між клітинами суб'єкта та, наприклад, антитілами проти HLA-A28 та антитілами HLA-A9 - але ніякими іншими антитілами - встановлює фенотип. В даний час рутинне типування обмежується встановленням фенотипу при HLA-A, HLA-B та HLA-DR.

Більш широке використання набуває типування ДНК, особливо для антигенів HLA-D. Він обіцяє поліпшити чутливість і специфічність тканинного типування. Загальна кількість алелів у кожному локусі HLA, наведених на графіці вище, базуються на типуванні ДНК.

Чим корисна тканинна типізація?

Малюнок 15.4.11.2 Можливі комбінації

Тож яку надію мають ці дані для пацієнта з діалізом, який очікує трансплантації нирки? Якщо у пацієнта є велика родина бажаючих донорів, шанси на хороший матч непогані через щільну зв'язок локусів HLA.

Припускаючи, що жодного перетину не відбувається в області HLA двох хромосом номер 6 матері або батька, існує чотири можливі комбінації, в яких вони можуть передавати свої алелі своїм дітям. Тож навіть якщо батьки несуть різні алелі на кожному місці (що часто буває), існує ймовірність 1:4, що хтось із їхніх дітей буде точно збігатися з будь-яким іншим. (Тут показані лише антигени HLA-A та HLA-B, але щільне зчеплення всієї області HLA робить імовірним, що всі локуси кожної хромосоми будуть передаватися як блок.)

Але більшість органів пересаджують від труп до абсолютно незнайомих людей. У Сполучених Штатах програма контролюється Об'єднаною мережею обміну органами (UNOS). Типування тканин зазвичай обмежується пошуком 6 антигенів HLA: два в HLA-A, HLA-B та HLA-DR. Якщо в локусі виявлено лише один антиген, це означає, що або тканина гомозиготна для цього алелю, або ще не існує реагенту для виявлення другого алелю. У цій таблиці наведені результати одного дослідження декількох тисяч реципієнтів нирок.

Кількість невідповідностей HLA	% нирок, що вижили після 5 років
0	68
1	61
2	61
3	58
4	58
5	57
6	56

Результати говорять нам, що:

• Відсутність розбіжностей забезпечує явну, але скромну перевагу перед невідповідними нирками. (Ця перевага є кумулятивною: у 17 років 50% нирок без розбіжностей все ще функціонують, тоді як 50% тих, хто має одне або кілька невідповідностей, втрачено через 8 років.)
• Однак додатковий недолік додаткових розбіжностей невеликий. Насправді процедури для запобігання відторгнення в даний час досить хороші, що ~ 90% всіх нирок - навіть тих, у кого всі локуси неузгоджені - можна очікувати функціонування наприкінці першого року.

Незначні антигени гістосумісності

Навіть якби можна було зіставити донора та реципієнта в кожному локусі МНС, деяка тканинна несумісність все одно залишилася б (крім однакових близнюків). Мало хто з антигенів, відповідальних за це, було ідентифіковано, але вони включають:

• H-Y, антиген, закодований на Y-хромосомі і, таким чином, присутній у чоловічій, але не жіночій тканині
• HA-2, антиген, отриманий з скоротливого білка міозину.

Кількість та різноманітність антигенів гістосумісності говорять нам про те, що, ймовірно, на землі не існує двох людей (знову ж таки, крім однакових близнюків) з ідеально сумісними тканинами. Тому успішна трансплантація аллотрансплантатів вимагає деякого ступеня імуносупресії, щоб уникнути відторгнення трансплантата.

Хвороба трансплантата проти господаря (ГВВД)

Аллотрансплантати, що містять Т-клітини донора, можуть викликати хворобу трансплантата проти господаря (ГВГ). Т-клітини в трансплантації бачать господаря як «чужорідного» і приступають до монтажу поширеної атаки проти тканин господаря. ГВВД - особливо серйозна проблема з трансплантатами кісткового мозку (джерело всіх клітин крові) і пуповинної крові. Навіть коли донор та реципієнт мають однакові алелі HLA, трансплантати кісткового мозку часто викликають ГВГ через відмінності в їх незначних антигенах гістосумісності.

Деякі онкологічні хворі зараз навмисно лікуються настільки енергійно за допомогою променевої та хіміотерапії, що їх кістковий мозок руйнується разом з раковими клітинами. Щоб вижити, цим пацієнтам необхідно дати стовбурові клітини для повторного заселення мозку після терапії. У деяких випадках використовується власний кістковий мозок. Частина його видаляється до початку лікування пацієнта і сама лікується для видалення будь-яких ракових клітин, які можуть ховатися в ньому. Якщо потрібно аллотрансплантований кістковий мозок, існує сильна небезпека ГВГ. Якщо GVHD можна контролювати, стовбурові клітини повинні врешті-решт закріпитися в кістковому мозку свого нового господаря і з часом генерувати деякі або навіть всі клітини крові пацієнта. Пуповинна кров — ще одне джерело стовбурових клітин — представляє менший ризик серйозного ГВГ навіть у донора з молекулами HLA, які відсутні у реципієнта. Це пояснюється тим, що пуповинна кров не містить зрілих Т-клітин.

У мишей GVHD можна мінімізувати шляхом введення великої кількості регуляторних Т-клітин, але для людей контроль GVHD - як контроль відторгнення трансплантата - все ще залежить від використання імуносупресії.

імуносупресія

Імуносупресія - це лікування пацієнта засобами, що пригнічують імунну відповідь. Нижче наведено список імунодепресантів, що застосовуються в даний час.

аналоги пурину

Це родичі пуринів, що використовуються в синтезі ДНК. Оскільки вони перешкоджають синтезу ДНК, вони перешкоджають швидкій проліферації клітин, необхідної для імунних реакцій. Азатіоприн (торгова назва = Imuran) є широко використовуваним аналогом пурину.

На жаль, ці препарати також заважають багатьом іншим тканинам, які залежать від швидкого поділу клітин (наприклад, слизової оболонки кишечника, волосяних фолікулів), тому вони мають багато неприємних побічних ефектів. Тому пошук агентів, які конкретно націлені на імунні клітини, триває.

Кортикостероїди

Ці родичі кортизолу втручаються в фактор транскрипції, необхідний для включення генів для активації Т-клітин. Найчастіше застосовують преднізолон і преднізолон.

Такролімус (Програф®) і циклоспорин (Неорал®)

Це натуральні продукти, виділені з мікробних культур. Вони інгібують сигнальний шлях, який використовують Т-клітини для включення своїх генів для активації, наприклад, для секреції IL-2.

Рапаміцин

Це макролідний антибіотик, вироблений актиноміцетом, знайденим на острові Пасхи (який жителі називають Рапа Нуї - звідси і назва). Рапаміцин пригнічує проліферацію Т-клітин і демонструє великі перспективи у зменшенні проблем відторгнення трансплантата.

Рапаміцин також відомий як сиролімус і продається під торговою назвою Rapamune.

Мікофенолат мофетил

Ця невелика молекула пригнічує фермент, необхідний B і T-клітинам для синтезу пурину. Інші типи клітин не залежать від ферменту, тому побічні ефекти м'які. Торгова назва - CellCept.

Антитімоцитарний глобулін (АТГ)

Цей препарат містить антитіла - підняті у коней або кроликів - спрямовані проти Т-клітин.

Моноклональні антитіла

Зараз використовується кілька препаратів:

• Муромонаб-CD3 (ОКТ3) і два гуманізованих анти-CD3 моноклонали. Вони зв'язуються з молекулою CD3 на поверхні Т-клітин.
• Даклізумаб і базиліксимаб. Націлені на IL-2 рецептор і, таким чином, інгібують тільки активовані Т-клітини.
• Алемтузумаб (Кампат-1Н®). Зв'язується з CD52, молекулою, виявленою на лімфоцитах і виснажує як Т-клітини, так і В-клітини.

Бела прийнята

Це білок, вироблений за технологією рекомбінантної ДНК, яка поєднує в собі

• позаклітинна частина CTLA-4 («цитотоксичний Т-лімфоцитар-асоційований антиген 4", один з лігандів для В7) з
• область Fc (C-термінал дві третини постійної області) людського антитіла IgG1.

Він блокує «Сигнал два», необхідний для активації Т-клітин.

Побічні ефекти імуносупресії

Вони серйозні.

Інфекції

Імунна система життєво необхідна для захисту нас від інфекційних агентів (бактерій, вірусів, грибків). Таким чином, інфекція є частим побічним ефектом імуносупресії у реципієнтів транс На щастя, інфекції зазвичай можна контролювати відповідним антибіотиком, противірусним препаратом тощо.

Рак

5% або більше реципієнтів трансплантатів розвинуть рак протягом декількох років після отримання алотрансплантата. Це може здатися не великим ризиком, але це є 100-кратним збільшенням ризику порівняно з загальним населенням. Реципієнти аллотрансплантата особливо схильні до розвитку раку шкіри та лімфом. Цікаво, що реципієнти трансплантації, здається, не мають більшого ризику розвитку найпоширеніших видів раку у решти населення: раку легенів, молочної залози, товстої кишки та передміхурової залози. Один виняток: реципієнти алотрансплантованого кісткового мозку мають трохи, але значно більший (2-3 рази) ризик розвитку цих типів пухлин. У більшості випадків ці види раку виникають з клітини господаря. Але в деяких випадках меланоми та саркоми Капоші ракові клітини були присутні в трансплантате і розмножувалися у імунодепресивного господаря.

Речі, які можна зробити, щоб допомогти в таких випадках, включають припинення імуносупресії. Головним винуватцем, здається, є імуносупресія, яку отримували ці пацієнти. У більшості випадків це призводить до регресу раку, але часто і відторгнення трансплантата. Вибір зазвичай зрозумілий для пацієнтів з алотрансплантованими нирками; вони можуть повернутися на діаліз і передбачити отримання іншої нирки в майбутньому терміні. Але що робити з онкологічним хворим з трансплантацією серця?

Майбутні перспективи трансплантації

Хоча трансплантація органів допомогла тисячам людей, багато ще належить зробити. Зокрема, шляхи потрібно знайти, щоб

• збільшити кількість наявних органів (потреба зараз набагато перевищує запас)
• знайти більш точні методи імуносупресії, щоб запобігти відторгнення без небезпечних побічних ефектів інфекції та раку.

Обидві ці проблеми може допомогти ксенотрансплантація.

Ксенотрансплантація

Ксенотрансплантація - це використання органів від інших тварин. Було зроблено ряд спроб використовувати серця, печінку та нирки від таких приматів, як шимпанзе та бабуїни - поки що з обмеженим успіхом. Однією з причин є те, що ксенотранспланти зазвичай атакують негайно антитіла господаря, що призводить до гіпергострого відторгнення. Але, можливо, використання свиней в якості донорів органів буде здійсненним.

• Їх органи мають приблизно потрібний розмір для використання у людини.
• Вони можуть бути зроблені трансгенними для молекул, які можуть обійти
  • гіпергостре відторгнення (шляхом вибивання генів, відповідальних за антигени поверхні клітин, проти яких людина має попередньо сформовані антитіла);
  • хронічне, Т-клітинне опосередковане, відторгнення, яке страждає всі аллотрансплантати.
• Їх можна виробляти в потрібних кількостях.

Однак свині містять ретровіруси (звані PERV = ендогенний ретровірус свиней), і є побоювання, що вони можуть заразити реципієнта людини.

На сьогоднішній день зроблено лише кілька трансплантацій свинячої тканини людині: шкірні трансплантати та трансплантати острівців підшлункової залози. Більша кількість людей була тимчасово підключена до органів свиней або «біореакторів», що містять клітини свиней, щоб забезпечити підтримку їх недостатньої селезінки, печінки або нирок. Більшість з цих реципієнтів були відстежені на наявність ознак зараження PERV, і - хоча PERV може інфікувати людські клітини, що ростуть в культурі, немає ніяких доказів того, що будь-який з цих людей, що піддаються впливу свинячої тканини, заразився.

Чи безпечна ксенотрансплантація?

Свині - не єдині тварини, які містять в клітині приховані віруси. Чи можуть віруси в клітині інших видів донорів тварин заразити реципієнта трансплантата? почати епідемію? Небезпека здається більшою для ксенотрансплантатов від інших приматів. (ВІЛ, ретровірус, який викликає СНІД, схоже, потрапив до людей від господаря приматів)

З цих причин багато біологів закликають хірургів з трансплантацією обережно діяти з ксенотрансплантатами.

Імунна привілей

Давно відомо, що певні ділянки в організмі, наприклад,

• передня камера ока
• яєчка
• мозок

є «привілейованими». Вони захищені від нападу з боку імунної системи.

Це може спричинити проблеми. З'явилося кілька випадків, коли вижили Ебола, які більше не мають вірусу Ебола в крові і не мають симптомів, але все ще зберігають живий вірус у таких привілейованих місцях, як мозок, яєчка та водяниста волога ока, де вірус уникнув атаки імунної системи.

Багато факторів беруть участь в імунних привілеях, таких як

• щільні з'єднання між клітинами тканини
• невелике вираження молекул гістосумісності класу I
• експресія фас-ліганду, FaSl.

Наявність FaSL на їх поверхні захищає клітини в привілейованих місцях від імунної атаки, оскільки під загрозою цитотоксичної Т-клітини вони змушують Т-клітину покінчити життя самогубством шляхом апоптозу. Активовані цитотоксичні Т-клітини експресують Фас на своїй поверхні. Коли вони беруть участь (зі своїм рецептором Т-клітин) привілейована клітина, що експресує FaSl, замість того, щоб вбивати ціль, мета вбиває їх!

Тож якщо органи трансгенних свиней можуть бути змушені експресувати людські FaSl, можливо, вони будуть стійкі до Т-клітинного опосередкованого відторгнення.

Людська плацента також користується імунним привілеєм. Вона майже така ж чужа для матері, як трансплантація нирки від чоловіка, але на відміну від нирки, вона її не відкине (принаймні, не протягом 9 місяців). У лабораторних щурів ембріони (і ендометрій матері) виділяють кортикотропін-рилізинг гормон (CRH). Цей гормон індукує експресію фас-ліганду (FaSL) на клітині плаценти. Активовані Т-клітини експресують Fas, тому будь-які загрозливі Т-клітини покінчать життя самогубством шляхом апоптозу, коли вони стикаються з FaSL на своїй цілі.