– To może być przełom w transplantologii – ogłosiły branżowe czasopisma i portale medyczne, gdy w połowie marca specjaliści ze szpitala Massachusetts General Hospital w Bostonie przeszczepili nerkę od genetycznie zmodyfikowanej świni 62-letniemu pacjentowi. Pacjent od wielu lat chorował na niewydolność nerek. Dializy już nie pomagały. Mężczyzna wymagał coraz częstszych hospitalizacji, dlatego zgodził się na eksperymentalny przeszczep. Według lekarzy nerka niemal natychmiast zaczęła wytwarzać mocz i filtrować kreatyninę (produkt metabolizmu). Stan pacjenta stale się poprawia: nie wymaga on już dializy, jest w pełni samodzielny.
To pierwsza tego typu operacja i pierwszy przypadek przeszczepienia genetycznie zmodyfikowanej nerki świni żywemu człowiekowi. Co prawda ksenotransplantacja, czyli wszczepienie narządu zwierzęcego człowiekowi, jest od lat badana, jednak takie transplantacje dotąd kończyły się niepowodzeniami.
– Świnia była od wielu lat obiektem badań jako potencjalny dawca narządów do ksenoprzeszczepu, przede wszystkim ze względu na wielkość, anatomię i fizjologię narządów, ale także liczebność potomstwa oraz krótki czas osiągania dojrzałości reprodukcyjnej – wyjaśnia prof. Małgorzata Czyż, Kierownik Zakładu Biologii Molekularnej Nowotworów Uniwersytetu Medycznego w Łodzi. Oczywiście wykorzystanie narządów ssaków naczelnych byłoby technicznie prostsze ze względu na większe podobieństwo genetyczne z człowiekiem, ale zdecydowanie niewystarczające ze względu na ogromne zapotrzebowanie na narządy do przeszczepów. Nie bez znaczenia są także kwestie etyczne. Minęło 30 lat od czasu, gdy zajmowałam się molekularnymi podstawami przeszczepu międzygatunkowego. Pracowałam wówczas w Zakładzie Immunologii Transplantacyjnej przy Vienna International Research Coorporation Center nad regulacją ekspresji czynnika tkankowego w komórkach środbłonka, który jest ważnym elementem procesu krzepnięcia.
Prof. Czyż współpracowała z prof. Fritzem Bachem z Harvard Medical School, który należał do najwybitniejszych specjalistów w dziedzinie immunologii transplantacyjnej. Profesor Bach był również pionierem w badaniach nad przeszczepem międzygatunkowym. Badał możliwość przeszczepienia człowiekowi serca świni. Współpracował z wieloma zespołami na całym świecie zajmując się immunologicznymi, molekularnymi oraz genetycznymi mechanizmami zaangażowanymi w aktywację komórek śródbłonka, która prowadziła do odrzucenia ksenoprzeszczepu.
– Pracowaliśmy nad poznaniem regulacji ekspresji wybranych genów w komórkach śródbłonka świni. Wiedza na ten temat była konieczna do tego, aby zmodyfikować genetycznie organizm świni w taki sposób, by serce tego zwierzęcia mogło być zaakceptowane przez biorcę – wyjaśnia prof. Czyż. Były to czasy, w których nie było owieczki Dolly, a metoda CRISPR-Cas9 nie była jeszcze stosowana do edycji genomu, a więc trzeba było być wizjonerem jakim niewątpliwie był Profesor Bach, aby organizować naukowców wokół rozwiązywania problemów związanych z ksenotransplantacją.
Postęp naukowy, jaki dokonał się w ostatnich latach, sprawił, że ksenoprzeszczepy stały się bardziej realne. Kolejne badania umożliwiły modyfikowanie genomu zwierzęcego w taki sposób, aby narządy były bardziej kompatybilne i mniej podatne na odrzucenie przez układ odpornościowy człowieka.
– Przyczyniły się do tego badania naukowe prowadzone na całym świecie, we wszystkich dziedzinach, nie tylko w transplantologii i w obszarze ksenoprzeszczepów. – komentuje prof. Czyż. Tolerancja immunologiczna w przeszczepach międzygatunkowych została już dawno osiągnięta, chociażby w badaniach naukowych, w których wykorzystuje się myszy z deficytem immunologicznym do przeszczepu ludzkich komórek np. nowotworowych w celu testowania związków o potencjale przeciwnowotworowym. Dzięki współczesnym metodom wprowadzania modyfikacji genetycznych zmutowano ponad 8000 mysich genów, powstało ponad tysiąc modeli ludzkich chorób w organizmach zwierzęcych. Capecchi, Evans i Smithies otrzymali w 2007 roku nagrodę Nobla za opracowanie metody zastosowania zarodkowych komórek macierzystych do wprowadzenia modyfikacji genetycznych u myszy. W 2012 roku Gurdon i Yamanaka otrzymali nagrodę Nobla za „przeprogramowanie” zróżnicowanych komórek w komórki totipotencjalne. Sklonowanie owieczki Dolly przez naukowców z Instytutu Roslin dowiodło, że genom komórki somatycznej dorosłego osobnika może zostać przeprogramowany w taki sposób, aby komórka uzyskała cechy komórki totipotencjalnej w celu wygenerowania identycznego genetycznie organizmu. Kilka lat później sklonowano świnię używając komórki somatycznej z hodowli komórkowej. Można było wprowadzić zmiany genetyczne z zastosowaniem rekombinacji homologicznej w jądrze komórki somatycznej, aby wprowadzić pożądane zmiany w organizmie zwierzęcia. W 2020 roku dwie naukowczynie Charpentier i Doudna otrzymały nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za metodę CRISPR/Cas9, która jest teraz powszechnie stosowana do wprowadzania modyfikacji genetycznych. Projekt sekwencjonowania ludzkiego genomu pozwolił na opracowanie szybkich metod sekwencjonowania, co można wykorzystać w sekwencjonowaniu organizmów zwierzęcych. Te i bardzo wiele innych osiągnięć naukowych przyczyniło się do postępu w opracowaniu metod modyfikacji genetycznych organizmów zwierzęcych w celu wykorzystania ich narządów do ksenoprzeszczepów. Chcę przez to powiedzieć, że na końcowy sukces eksperymentu medycznego, takiego jak ksenotransplantacja, zawsze składają się osiągnięcia naukowe tysięcy naukowców z wielu dziedzin. Nie jest to sukces „genialnego” naukowca jak w znakomitym filmie Lanthimosa „Biedne istoty”, w którym ksenograficzne zwierzęta biegają po domu i ogrodzie.”
– Historia prac nad ksenoprzeszczepami jest długa, ale ostatnie kilkanaście lat to duże przyśpieszenie. Prawdziwym przełomem było ‘wyprodukowanie’ tzw. 10 GE. Są to świnie z 10 modyfikacjami genetycznymi, czterema polegającymi na inaktywacji genów świni i sześcioma polegających na wprowadzeniu ludzkich transgenów. Narządy ze świń 10 GE były wykorzystane do transplantacji narządów innym zwierzętom, ale także w badaniach przedklinicznych konsekwencji ksenotransplantacji u pacjentów ze śmiercią mózgową. W ostatnich dwóch latach w klinikach amerykańskich przeszczepiono serce świni dwóm żyjącym pacjentom, ale żaden z pacjentów nie przeżył dłużej niż 2 miesiące.
Czy to oznacza, że nie jesteśmy jeszcze na etapie, w którym zbliżamy się do rejestracji ksenotransplantacji jako procedury medycznej?
– Myślę, że nie jesteśmy. Jeden z pacjentów, któremu przeszczepiono serce zmodyfikowanej genetycznie świni zmarł prawdopodobnie z powodu namnożenia się retrowirusa świni w przeszczepionym narządzie. – odpowiada prof. Czyż. Projekt przeszczepu człowiekowi narządu zwierzęcego zawsze budził kontrowersje ze względu na możliwość wszczepienia razem z narządem zwierzęcym wirusów, które mogły okazać się zjadliwe w organizmie człowieka po przeszczepie.
Przeszczepiona w marcu nerka pochodziła od świni zmodyfikowanej przez firmę biotechnologiczną eGenesis, która usunęła z genomu świni trzy geny odpowiedzialne za potencjalne odrzucenie narządu. Ponadto wprowadzono siedem ludzkich genów, aby zwiększyć zgodność immunologiczną. Biotechnolodzy twierdzą, że wprowadzili również zmiany, które zmniejszają ryzyko rozwoju infekcji retrowirusowej. Firma podaje, że świnia została poddana łącznie 69 modyfikacjom.
– To ważne, że modyfikacje dotyczą również blokowania możliwości rozwoju infekcji wirusowej. Pacjent, któremu kilka tygodni temu przeszczepiono nerkę, nie jest izolowany, – zaznacza prof. Czyż. Wcześniejsze transplantacje świńskich nerek pacjentom ze śmiercią mózgową były m.in. ukierunkowane na badanie czy nie dochodzi po pewnym czasie do transmisji świńskich retrowirusów. Pacjent, któremu przeszczepiono nerkę 16 marca jest ciągle monitorowany w celu wczesnego wykrycia infekcji. Wkrótce miną dwa miesiące od przeszczepu, ale lekarze są przekonani, że ich pacjent będzie żył dużo dłużej z aktywnie pracującą nerką zmodyfikowanej świni.
Na tym etapie trudno powiedzieć, czy wprowadzone modyfikacje będą wystarczające – dodaje prof. Czyż. Trwają dalsze badania nad wprowadzeniem kolejnych modyfikacji genetycznych. Jedną z nich jest wprowadzenie transgenu kodującego ludzki inhibitor czynnika tkankowego, który jest białkiem antykoagulacyjnym blokującym inicjację procesu krzepnięcia. Byłby to powrót do koncepcji sprzed 30 lat w nowej odsłonie, zamiast regulować ekspresję czynnika tkankowego nad czym pracowaliśmy, planuje się wprowadzić ludzki gen kodujący naturalny inhibitor tego białka do świńskiego genomu.
Ksenoprzeszczepy wywołują obawy i spotykają się z krytyką także ze względów etycznych.
Prof. Czyż przyznaje, że wciąż trudno ocenić, czy słusznie boimy się modyfikacji genetycznych.
– Podejmowanie ryzyka w pracy badawczej jest ważne i potrzebne, ale rodzi określone konsekwencje. Otwartym pozostaje pytanie, jak kontrolować badania tego rodzaju. Jak zabezpieczyć się przed „osiągnięciami” nieetycznych naukowców czy produktami nieuświadomionej niewiedzy. Kilka przykładów osiągnięć tego rodzaju pojawiło się ostatnio w azjatyckich laboratoriach. Profesor Bach zawsze podkreślał, że użycie narządu zwierzęcego do przeszczepu w klinice musi być poprzedzone rzetelnymi badaniami kontrolowanymi przez instytucje publiczne. Ksenotransplantacje prowadzone w amerykańskich klinikach są eksperymentami medycznymi zaaprobowanymi przez FDA w ramach specjalnego programu. Rada Europy przyjęła zasady etyki obejmujące transplantację narządów, ale nie ma w nich mowy o ksenotransplantacji. Czy społeczeństwa są przygotowane na ksenoprzeszczepy? Z pewnością pojedynczy pacjenci, dla których będzie to jedyna opcja na przeżycie dodatkowych kilku miesięcy lub lat, będą chcieli podjąć takie ryzyko. Zwłaszcza, że w przypadku nerek nawet przeszczepy od dawcy spokrewnionego nie zawsze utrzymują się przez wiele lat i pacjenci nieraz wymagają kolejnych zabiegów. Tak zresztą było w wypadku 62-letniego pacjenta z Ameryki. W 2018 r. przeszczepiono mu ludzką nerkę, ale w ciągu pięciu lat narząd uległ uszkodzeniu, pacjent wrócił do dializ, ale wystąpiły powikłania. Na kolejny przeszczep od ludzkiego dawcy mężczyzna musiałby czekać dobrych kilka lat, niewykluczone, że nie doczekałby takiego zabiegu.
Na koniec chciałabym zaznaczyć – dodaje prof. Czyż, że nie jest to komentarz transplantologa czy etyka. Jestem biolożką molekularną, która na wczesnym etapie kariery naukowej miała okazję współpracować z wielkim naukowcem i lekarzem, który chciał przesunąć granice medycyny, aby pomóc pacjentom z niewydolnością narządów oczekujących na transplantacje ratujące życie. Prof. Fritz Bach zmarł w 2011 roku, a więc na długo przed pierwszą udaną próbą transplantacji narządu zwierzęcego człowiekowi.
Czy za jakiś czas wymiana ludzkich organów na zwierzęce będzie czymś naturalnym? To wciąż trudno przewidzieć. Przepaść między amerykańskimi a polskimi klinikami zwłaszcza w zakresie ich finansowania jest wciąż ogromna, więc w Polsce jeszcze długa droga do takich zabiegów.
Jeśli przeszczep u 62-latka się przyjmie, przełom da nadzieję ok. 100 tysiącom Amerykanów, którzy znajdują się na liście oczekujących na przeszczep nerki od żywego lub zmarłego dawcy. Pomogłoby to też ograniczyć nielegalny rynek narządów.
W Polsce obecnie na transplantację czeka ok. 2 tys. osób (nie licząc przeszczepów rogówki). Najwięcej pacjentów potrzebuje właśnie przeszczepu nerki. Niestety, w ostatnich latach liczba takich zabiegów spadła. W Polsce wskaźnik dawstwa to niewiele ponad 10 dawców na milion mieszkańców. W Polsce zdecydowaną większość przeszczepów – nawet 95 proc. – stanowią przeszczepy od zmarłych. Tylko 3-5 proc. przeszczepianych narządów pochodzi od żywych dawców.
