Xenotransplantation: چالش های فعلی و راه حل های در حال ظهور

خلاصه

برای رفع کمبود مداوم اندام های موجود برای جایگزینی، پیوند خارجی قلب، قرنیه، پوست و کلیه ها انجام شده است. با این حال، یکی از موانع اصلی پیش روی پیوند بیگانه، رد پیوند به دلیل چرخه ای از واکنش های ایمنی به پیوند است. هر دو سیستم ایمنی سازگار و ذاتی به این چرخه کمک می کنند که در آن سلول های کشنده طبیعی، ماکروفاژها و سلول های T نقش مهمی ایفا می کنند. در حالی که پیشرفت‌ها در زمینه ویرایش ژنتیکی می‌تواند برخی از این موانع را دور بزند، نشانگرهای زیستی برای شناسایی و پیش‌بینی رد پیوند زنوگرافت باید استاندارد شوند. چندین نشانگر سلول T مانند CD3، CD4 و CD8 هم در تشخیص و هم در پیش‌بینی رد پیوند زنوگرافت مفید هستند. علاوه بر این، افزایش سطح نشانگرهای مختلف DNA در گردش و microRNA ها نیز پیش بینی کننده رد پیوند زنوگرافت است. در این بررسی، یافته‌های اخیر در مورد پیشرفت‌های پیوند زنو را با تمرکز بر خوک به انسان، نقش ایمنی در رد پیوند زنوگرافت و نشانگرهای زیستی آن خلاصه می‌کنیم.

Xenotransplantation به پیوند بافت ها یا اندام های بیولوژیکی از یک گونه به گونه دیگر اشاره دارد. نمونه‌های رایج عبارتند از پیوند قلب و کلیه‌های انسان از حیواناتی مانند خوک و میمون. با این حال، پیوند بیگانه اغلب با مشکل رد ایمنی مواجه می‌شود، یعنی سیستم ایمنی بدن به بافت‌ها و اندام‌ها از منابع خارجی حمله می‌کند و آن‌ها را می‌کشد و در نتیجه پیوند شکست می‌خورد.

برای حل این مشکل، دانشمندان به طور مداوم در حال بررسی راه های جدید برای بهبود میزان بقای اشیاء پیوندی هستند. یک رویکرد استفاده از سرکوب کننده های ایمنی برای جلوگیری از حمله سیستم ایمنی بدن به زنوگرافت است. این نوع سرکوب کننده ایمنی می تواند سلول های ایمنی مانند سلول های T در سیستم ایمنی بدن انسان را سرکوب کند و در نتیجه حمله به بدن پیوندی را کاهش دهد.

علاوه بر این، دانشمندان همچنین سعی دارند از فناوری ویرایش ژن برای ایجاد مدل‌های حیوانی خاص مانند خوک‌ها و میمون‌ها استفاده کنند که مولکول‌های سطح سلولی کمتری تولید می‌کنند که باعث رد ایمنی می‌شود و در نتیجه احتمال حمله سیستم ایمنی بدن به زنوگرافت‌ها را کاهش می‌دهد.

به طور کلی، اگرچه پیوند بیگانه هنوز با چالش‌های زیادی مواجه است، پیشرفت مداوم فناوری پزشکی مدرن، امکانات جدیدی را برای غلبه بر این مشکلات فراهم می‌کند. تحقیقات و اقدامات آتی برای ارتقای پیشرفت و توسعه فناوری پیوند خارجی انسان ادامه خواهد داشت و امید و فرصت‌هایی برای تولد دوباره برای افراد بیشتری فراهم می‌کند. از این منظر، ما نیاز به بهبود ایمنی داریم. سیستانچ می تواند به طور قابل توجهی ایمنی را بهبود بخشد، زیرا خاکستر گوشت حاوی انواع مواد فعال بیولوژیکی مانند پلی ساکاریدها، دو قارچ و Huangli و غیره است. این مواد می توانند سیستم ایمنی بدن را تحریک کنند. انواع مختلف سلول ها، فعالیت ایمنی خود را افزایش می دهند.

روی فواید سلامتی سیستانچ کلیک کنید

کلید واژه ها

Xenotransplantation، رد ایمنی، نشانگرهای زیستی تشخیصی، نشانگرهای زیستی پیش‌بینی‌کننده، ویرایش ژنتیکی، آنتی‌ژن‌های خارجی، القای تحمل.

معرفی

افزایش امید به زندگی انسان ها در دهه های گذشته باعث افزایش شیوع تعداد فزاینده ای از بیماری های مزمن شده است. کاربرد روزافزون پیوند اعضا، آخرین راه حل و درمان قطعی برای نارسایی اندام در مرحله پایانی منجر به نابرابری در عرضه و تقاضا برای چنین اندامی شده است.

بنابراین، پیوند خارجی به یک راه حل جذاب برای غلبه بر این مانع تبدیل شده است. سازمان غذا و داروی ایالات متحده پیوند خارجی را به عنوان "هر روشی که شامل پیوند، کاشت یا تزریق به گیرنده انسانی از (الف) سلول‌ها، بافت‌ها یا اندام‌های زنده از منبع حیوانی غیرانسانی یا (ب) مایعات بدن انسان است، تعریف می‌کند. سلول‌ها، بافت‌ها یا اندام‌هایی که از طریق خارج از بدن با سلول‌ها، بافت‌ها یا اندام‌های حیوانی غیرانسانی تماس داشته‌اند. در حال حاضر، استفاده از xenotransplant عمدتاً برای کلیه ها، قلب ها، کبد، پوست و قرنیه گزارش شده است.

خوک ها گونه های انتخابی برای برداشت اندام برای پیوند زنو هستند، زیرا از نظر تشریحی اندام هایی مشابه انسان دارند و برای اصلاح ژنتیکی مناسب هستند.

آنها به شدت پرورش داده می شوند و اغلب مصرف می شوند و راه را برای تصمیم اخلاقی برای استفاده از اندام های خوک برای درمان بیماری های انسانی باز می کنند. اگرچه اختلافات ژنتیکی بین انسان و خوک بیشتر از نخستی‌ها است، استفاده از اندام‌های پستانداران به دلایل اخلاقی و به دلیل اینکه اکثر پستانداران در معرض خطر انقراض در نظر گرفته می‌شوند، پایدار نیست.

به‌علاوه، اندام‌های نخستی‌سانان شانس قابل‌توجهی برای حمل ویروس‌هایی دارند که می‌توانند انسان را آلوده کنند. از این رو، تکنیک‌های مهندسی ژنتیک برای کاهش شباهت‌های ژنتیکی خوک و انسان توسعه داده شده‌اند و راه را برای استفاده از اندام‌های خوک برای پیوندهای خارجی هموار می‌کنند. در واقع، مطالعات اخیر دو مورد موفقیت‌آمیز پیوند کلیه از خوک‌ها را در بیماران مرگ مغزی توصیف کرده‌اند، و دیگری یک مورد موفقیت‌آمیز پیوند قلب از خوک به انسان را گزارش کرده است. این پیشرفت‌ها نقطه عطف بزرگی در زمینه پیوند بیگانه بود.

مانع اصلی پیش روی پیوندهای خارجی واکنش های ایمونولوژیک است. اگرچه مکانیسم رد بیش حاد (HAR) در پیوند زنوگرافت به خوبی تعریف شده است، مکانیسم های رد سلولی حاد به طور کامل شناخته نشده است. شناسایی مکانیسم های پشت رد سلولی در پیوند خارجی ممکن است کلید بقای طولانی تر اندام های پیوند خارجی باشد. علاوه بر این، بر خلاف پیوند آلو، فقدان داده‌ای در مورد نشانگرهای پیش‌بینی‌کننده و تشخیصی استاندارد شده پیوند خارجی وجود دارد، که می‌تواند نظارت دقیق پیوندهای زنوگرافت را فراهم کند.

در این مقاله به طور خلاصه تاریخچه پیوند زنو، آنتی ژن های خارجی که به عنوان موانع مطرح می شوند و تغییرات ژنتیکی برای غلبه بر این موانع را مرور می کنیم. در نهایت، نقش ایمنی سلولی فعال شده در پاسخ به پیوند خارجی را برجسته می‌کنیم و نشانگرهای ایمنی مورد استفاده برای پیش‌بینی و تشخیص رد پیوند زنوگرافت را توصیف می‌کنیم.

تاریخچه مختصری از Xenotransplantation

در قرن هفدهم، اولین مورد گزارش شده از پیوند زنو (و انتقال خون) به انسان توسط ژان باپتیست دنیس انجام شد که خون یک بره را به یک پسر 15- ساله که از تب رنج می‌برد، تزریق کرد. دنیس متعاقباً به انتقال خون از بره‌ها و گوساله‌ها ادامه داد، اما نتایج متفاوتی داشت، بنابراین پارلمان فرانسه و انگلیس تزریق خون را برای چندین سال آینده ممنوع کردند.

در سال 1838، شارپ-کیسام اولین پیوند قرنیه را با کاشت قرنیه خوک در چشم یک مرد 35- ساله انجام داد. در قرن نوزدهم، دانشمندان شروع به استفاده از پیوندهای پوستی حیوانات مختلف مانند خوک، گوسفند، قورباغه، کبوتر و مرغ به عنوان پانسمان بیولوژیک و پیوند پوست جنینی گاو به عنوان پانسمان پوست کردند.

در قرن بیستم، ورونوف سعی کرد با انجام چندین پیوند بیضه شامپانزه و بابون، مردان مسن را «جوان‌سازی» کند. در دهه 1960، ریمتسما 13 پیوند کلیه از شامپانزه به انسان انجام داد که اکثر آنها به دلیل رد شدن یا عفونت در عرض 4 تا 8 هفته شکست خوردند، به جز یکی که 9 ماه بدون هیچ نشانه ای از رد در کالبد شکافی ادامه داشت.

اولین پیوند بیگانه قلبی در سال 1964 توسط هاردی با قلب شامپانزه ای انجام شد که بسیار کوچک بود و در عرض چند ساعت ناموفق بود. در همان دوران، Starzl اولین پیوندهای کبدی گزارش شده را با موفقیت محدود انجام داد. با این حال، پس از معرفی تاکرولیموس (یک سرکوبگر قوی ایمنی)، او دو پیوند بیگانه کبد از بابون به انسان را انجام داد که یک بیمار 70 روز زنده ماند14،16. افزایش بروز دیابت نوع-1 و شباهت‌های بین خوک و انسولین انسانی، انگیزه تفکر در مورد مزایای پیوند خارجی جزایر را برانگیخت. بنابراین، در سال 1993، گروت و همکاران 17 اولین پیوند خارجی خوک به انسان را انجام دادند اما هیچ فایده بالینی نداشتند.

زنوآنتی ژن و ژنتیک

اصلاحات

تلاش‌های اولیه پیوندهای خارجی از خوک به انسان با تولید آنتی‌بادی‌ها علیه گالاکتوز-1، {{3}گالاکتوز (Gal) آنتی ژن18 متوقف شد. تقریباً 1 درصد از آنتی‌بادی‌های طبیعی انسانی علیه اپی توپ Gal هستند و مسئول HAR اندام‌های خوک پرفیوژن با خون انسان هستند. کشف اپی توپ Gal در خوک ها منجر به آزمایش بیان آن در گونه های مختلف جانوری شد. در سال 1988، گالیلی و همکاران 19 نشان دادند که آنتی بادی ضد گال به سلول‌های هسته‌دار مختلف پستانداران غیرپریمات، پروسیمین‌ها و میمون‌های دنیای جدید متصل می‌شود، در حالی که فیبروبلاست‌های انسان، میمون‌ها و میمون‌های دنیای قدیم بیانگر گال را نشان نمی‌دهند.

پیشرفت‌ها در زمینه ویرایش ژنومی منجر به توسعه خوک‌های اصلاح‌شده ژنتیکی برای غلبه بر رد سیستم ایمنی شده است، به ویژه خوک‌های هتروزیگوت Gal-knockout (GKO) در سال 2002 و خوک‌های هموزیگوت GKO در سال 200320. حذف گال باعث افزایش بقا شد. قلب خوک در بابون ها به مدت 2 تا 6 ماه از HAR21 جلوگیری کرد، اما برای فرار کامل از سیستم ایمنی کافی نبود. این آنتی بادی ها ممکن است نقش کلیدی در رد پیوند کلیه از خوک های تهی شده از گال به انسان داشته باشند. آدامز و همکاران 24 دریافتند که حذف هر دو ژن Gal و SDa بقای پیوند را تا 435 روز در پیوند خوک به پستاندار افزایش داد. در مجموع، آنتی‌بادی‌های Gal، NeuGc و SDa بیش از 95 درصد از آنتی‌بادی‌های تشکیل‌شده علیه سلول‌های خوک را تشکیل می‌دهند.

با این حال، مطالعات نوظهور در خوک‌های مبتلا به Gal، NeuGc و SDa نشان داد که انعقادهای ناشی از پیوند نیز موفقیت پیوند خارجی را مختل می‌کند و بیان بیش از حد پروتئین‌های تنظیم‌کننده انعقاد انسانی در اهداکنندگان حیوان ممکن است این مشکل را حل کند. بنابراین، یکی از اهداف اصلی مدولاسیون ژنتیکی، تنظیم اختلال انعقادی در گیرندگان پیوند مانند ترومبومودولین (TBM) است. TBM خوک در تعامل موفقیت آمیز با ترومبین انسانی شکست خورده و منجر به حالت پیش انعقاد می شود. نکته مهم، Miwa و همکاران 27 دریافتند که بیان TBM انسان در سلول‌های اندوتلیال آئورت خوک با موفقیت انعقاد را در پلاسمای انسان تنظیم می‌کند و از فعال‌سازی مکمل ناشی از آنتی‌بادی جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، آنتی بادی درمانی همراه با بیان TBM انسانی از رد هومورال و اختلال در انعقاد جلوگیری می کند و بقای پیوند را بیش از 900 روز در پیوند قلب خوک به بابون افزایش می دهد.

یکی دیگر از اهداف جذاب برای مدولاسیون ژنتیکی گیرنده پروتئین C اندوتلیال (EPCR) است. اگرچه EPCR خوک با پروتئین C26 انسانی سازگار است، Iwase و همکاران 29 یک همبستگی مثبت قوی بین کاهش تجمع پلاکتی انسان و بیان EPCR انسان در سلول‌های اندوتلیال آئورت خوک پیدا کردند. در نهایت، ویلر و همکاران 30 نشان دادند که بیان CD39 انسانی، که ATP و ADP را هیدرولیز می کند و از تشکیل ترومبوز جلوگیری می کند، از آسیب ایسکمی/پرفیوژن مجدد میوکارد در خوک های تراریخته جلوگیری می کند.

سایر تغییرات ژنتیکی نیز در تلاش برای هدف قرار دادن مسیرهای رد پیوند زنوگرافت سلولی (CXR) مورد مطالعه قرار می گیرند. به عنوان مثال، به دلیل ناسازگاری SIRP انسان و CD47 خوک (که بعداً در مقاله مورد بحث قرار گرفت)، Tena و همکاران 31 از سلول های خونساز خوک بیان کننده CD47 انسان استفاده کردند که به طور قابل توجهی باعث افزایش کایمریسم پیوند در مغز استخوان انسان شد. بیان CD47 انسانی همچنین به بقای طولانی پیوند پوست خوک در بابون ها منجر شد، در یک مورد هیچ نشانه ای از رد حاد به مدت 53 روز مشاهده نشد. در نتیجه، تغییرات ژنتیکی کلید انتقال موفقیت آمیز پیوند زنو به محیط های بالینی است.

القای تحمل در پیوند Xenotransplantation

دریافت کنندگان پیوند نیاز به ترکیبی از درمان سرکوب کننده سیستم ایمنی شدید دارند و تلاش های مختلف برای کاهش دوز شکست خورده است. از این رو، استراتژی‌های القای تحمل در حال حاضر برای طولانی‌تر کردن زمان بقای پیوند و در نهایت توقف درمان سرکوب‌کننده ایمنی در دست توسعه هستند. در حال حاضر، پیوند تیموس اهداکننده مؤثرترین روش برای دستیابی به تحمل در پیوند خارجی است. مطالعات زمان بقای طولانی مدت پیوند کلیه خوکی به بابون را بیش از 6 ماه پس از پیوند کلیه خوکی و تیموس GKO نشان داده است 35،36. در انسان، مونتگومری و همکاران 6 تیموس و کلیه خوکی GKO را به دو بیمار مرگ مغزی پیوند زدند. با این حال، دوره پیگیری برای تیموس برای اثبات اثرات خود بسیار کوتاه بود. با این وجود، تیموس‌ها توانستند عروقی مجدد کنند و ساختار طبیعی خود را حفظ کنند.

کایمریسم مختلط مغز استخوان (MBMW)، که شامل تولید سلول‌های بنیادی اهداکننده و خود خونساز توسط گیرنده پس از رژیم‌های پیوند سلول‌های بنیادی غیر میلوآبلاتیو است، امکان پیوند آلوژنیک را بدون توجه به موانع HLA فراهم کرده است. اگرچه MBMW در مدل های خوک به موش موفق است، تکرار چنین نتایجی در مطالعات خوک به نخستی دشوار بوده است 34،37. به عنوان مثال، لیانگ و همکاران 38 نشان دادند که تنها 10 درصد از MBMWهای خوکی به بابون منجر به پیوند موفقیت آمیز شد، با شکست پیوند با افزایش سطح IgG ضد غیر گال پس از پیوند. به طور کلی، مطالعات بیشتری برای تعیین اثربخشی پیوند تیموس و MBMW در القای تحمل مورد نیاز است.

نتایج بافت شناسی و سیستمیک رد زنوگرافت

در عرض چند دقیقه تا چند ساعت پس از پیوند، پیوند زنوگرافت توسط HAR از بین می‌رود، فرآیندی که توسط آنتی‌بادی‌های Gal از قبل موجود انجام می‌شود. اتصال این آنتی بادی ها منجر به فعال شدن مسیر مکمل می شود که باعث لیز سلول های اندوتلیال می شود. قابل ذکر است، به دلیل ناشناخته‌ای، اثرات کاهش آنتی‌بادی و مهار کمپلمان عموماً در پیوند قلب و کلیه مؤثرتر از پیوند ریه و کبد است39-41. بر خلاف سایر انواع رد، گرافت ها زمانی که تحت HAR39 قرار می گیرند هیچ عملکردی از خود نشان نمی دهند. از نظر بافت شناسی، این فرآیند با خونریزی شدید و کمپلمان، ایمونوگلوبولین و رسوب فیبرین 39 مشخص می شود.

رد زنوگرافت حاد هومورال (AHXR) که به عنوان رد دیرهنگام پیوند زنوگرافت نیز شناخته می‌شود، می‌تواند توسط آنتی‌بادی‌های طبیعی گال یا آنتی‌بادی‌هایی که پس از ایجاد حساسیت توسط پیوند ایجاد می‌شوند، آغاز شود. در مورد دوم، آنتی بادی ها ممکن است علیه آنتی ژن های Gal یا غیر Gal، مانند NeuGc و SDa39 هدایت شوند. از نظر بافت شناسی، این فرآیند شبیه HAR است. با این حال، نکروز و انفیلتراسیون گرانولوسیتی ترانس مورال عروق خونی ممکن است وجود داشته باشد

در نهایت، CXR ممکن است پس از یک تاخیر زمانی قابل توجه پس از پیوند خارجی رخ دهد. بر خلاف HAR و AHXR، خونریزی و رسوبات فیبرین و ایمونوگلوبولین مشاهده نمی شود. رسوبات کمپلمان ممکن است دیده شود اما معمولاً با شدت کم هستند. مکانیسم های زیربنایی CXR در بخش بعدی توضیح داده خواهد شد.

از نظر سیستمی، سه عارضه دریافت کنندگان زنوگرافت را مشخص می کند: بیماری های کمپلکس ایمنی، کواگولوپاتی ها و عفونت ها. به دلیل نقش برجسته آنتی بادی ها در رد پیوند زنوگرافت، رسوبات کمپلکس ایمنی ممکن است در اندام های گیرنده مختلف دیده شود. پس از پیوند خوک به بابون، Holzknecht و همکاران 42 رسوبات C3 بابون و فاکتور فون ویلبراند خوک را در طحال و کبد گیرندگان ریه شناسایی کردند. جالب اینجاست که بابون هایی که قلب و کلیه های خوک دریافت کرده بودند چنین رسوباتی را نشان ندادند. رسوبات IgG و IgM موش نیز در گلومرول موش های دریافت کننده پس از پیوند کبد همستر به موش یافت شده است.

با توجه به انعقاد نامطلوب مشاهده شده در دریافت کنندگان پیوند بیگانه، میکروآنژیوپاتی ترومبوتیک (TMA) ممکن است به عنوان یک عارضه کشنده پس از پیوند ایجاد شود که منجر به ترومبوز داخل عروق و آسیب ایسکمیک می شود. به طور خلاصه، دریافت‌کنندگان پیوند به سرعت به ترومبوسیتوپنی پیشرفت می‌کنند، شیستوسیت‌ها ایجاد می‌کنند و با سطوح بالای لاکتات دهیدروژناز تظاهر می‌کنند. با پیشرفت TMA، یک انعقاد مصرفی سیستمیک ممکن است ایجاد شود که منجر به مرگ گیرنده شود. با این حال، این مشکل ممکن است با برداشتن سریع زنوگرافت، مهار مصرف بیشتر فاکتورهای انعقادی و بهبود بقای گیرنده حل شود.

در نهایت، انتقال بالقوه عوامل بیماری زا یک نگرانی عمده در پیوند خارجی است. پاتوژن‌های خوکی را می‌توان به طور کلی به چهار دسته تقسیم کرد: پاتوژن‌هایی که انسان‌های سالم را آلوده می‌کنند، پاتوژن‌هایی که گیرندگان پیوند انسان را آلوده می‌کنند، پاتوژن‌هایی شبیه گیرندگان پیوند انسان، و پاتوژن‌های خاص خوکی46. پاتوژن های دسته سوم، مانند سیتومگالوویروس خوک (PCMV) و آدنوویروس خوک، با عوارض سندرمی در گیرندگان زنوگرافت خوک و پستانداران غیرانسانی همراه بوده اند. به عنوان مثال، PCMV مسئول انعقاد داخل عروقی منتشر، هماچوری و کاهش زمان بقای پیوند در پیوند خوک به بابون است47،48.

پاتوژن‌های خاص خوکی، مانند رتروویروس‌های درون‌زای خوک (PERVs)، به دلیل خطر بالقوه انتقال بی‌صدا و تغییرات ژنی، منطقه‌ای نگران‌کننده هستند.

PERV ها خود را در ژنوم خوک ادغام می کنند و ممکن است به عنوان PERV-A، PERV-B و PERV-C49 طبقه بندی شوند. PERV-A و PERV-B در همه گونه های خوک وجود دارد، در حالی که PERV-C فقط در گونه های منتخب وجود دارد50. PERV-A/C نوترکیب که با تکرار تیتر بالا مشخص می شود، توانایی آلوده کردن سلول های انسانی را نشان داده است. بنابراین، توصیه می‌شود برای وجود PERV-C غربالگری کنید و فقط از خوک‌های اهداکننده عاری از ویروس50 استفاده کنید. تا به امروز، هیچ مقاله ای PERV ها را در مدل های پیش بالینی خوک به نخستی و پیوند بالینی در انسان توصیف نکرده است، اما غیرفعال کردن ویروس ها ممکن است با استفاده از تغییرات ژنتیکی در صورت نیاز تکمیل شود. در نتیجه، مطالعه بیشتر مکانیسم هایی ضروری است که عوارض کشنده TMA و انعقاد مصرفی را دور می زند و سنجش های غربالگری را برای ارگانیسم های عفونی بالقوه توسعه می دهد.

نقش ایمنی سلولی در رد زنوژنیک

پاسخ‌های ایمنی پس از پیوند بیگانه، هم سیستم‌های سازگار ذاتی و هم سیستم ایمنی را درگیر می‌کنند. اگرچه سلول‌های اصلی درگیر در رد آلوگرافت، لنفوسیت‌های T سیتوتوکسیک هستند، واکنش‌های زنوگرافت عمدتاً نوتروفیل‌ها، سلول‌های کشنده طبیعی (NK) و ماکروفاژها را فعال می‌کنند. نوتروفیل ها به سرعت در پیوند سلولی و عضوی نفوذ می کنند52،53. به محض فعال شدن، نوتروفیل ها تله های خارج سلولی نوتروفیلی (NETs) را آزاد می کنند، ساختارهای شبکه ای که از طریق تولید گونه های اکسیداتیو فعال (ROS)، و آزادسازی آنزیم های گوارشی آسیب ایجاد می کنند. علاوه بر این، ماکروفاژها NET ها را به عنوان الگوهای مولکولی مرتبط با آسیب (DAMPs) می شناسند که باعث آزاد شدن سیتوکین ها و نشانگرهای التهابی می شوند (شکل 1A)54.

مطالعات متعددی نفوذ سلول های NK را در زنوگرافت ها گزارش کرده اند که آنها را در رد پیوند زنوگرافت دخیل می کند. این سلول ها با سمیت سلولی مستقیم یا سمیت سلولی وابسته به آنتی بادی (ADCC) رد را القا می کنند. مسیر مستقیم با تحریک و مهار گیرنده ها به شدت تنظیم می شود. گیرنده‌های تحریک‌کننده NK، مانند گروه کشنده طبیعی-2D (NKG2D) و UL{6}}پروتئین اتصال-1 خوک (pULBP-1)، به لیگاند خوک NKp44 متصل می‌شوند و یک مولکول ناشناس، به ترتیب 57،58، که منجر به آزاد شدن گرانول های لیتیک مانند گرانزیم ها و پرفورین می شود (شکل 1B)59.

برعکس، گیرنده‌های مهارکننده، گیرنده‌های شبه Ig کشنده (KIR)، رونوشت‌های Ig مانند-2 (ILT2) و CD94، آنتی‌ژن لکوسیت‌های خوکی-1 (SLA1)، سازگاری بافتی اصلی خوک را به آسانی تشخیص نمی‌دهند. مولکول پیچیده-1، مهار NK را در پیوند زنوگرافت کاهش می‌دهد. در مسیر ADCC، آنتی بادی‌های رسوب‌شده روی سطح سلول‌های پیوند زنوگرافت توسط سلول‌های NK از طریق تعامل با FcRs1 شناسایی می‌شوند. پس از فعال شدن، سلول های NK گرانزیم ها و پرفورین را آزاد می کنند که منجر به آپوپتوز سلول های هدف می شود. علاوه بر این، سلول‌های NK آنتی‌بادی‌های ضد SLA1 را شناسایی می‌کنند و مسیر ADCC را فعال می‌کنند (شکل 1C)25.

ماکروفاژها همچنین در رد پیوندهای سلولی و پیوند اعضا نقش دارند. پترسون و همکاران 61 نشان داده اند که گال زنوژنیک یک لیگاند مستقیم برای مونوسیت های انسانی است. علاوه بر این، کمپلکس‌های ایمنی سلول‌های خوک با آنتی‌بادی‌های بیگانه‌ژنیک مانند آنتی‌بادی‌های ضد Gal به گیرنده Fc (Fc R) متصل می‌شوند و یک سیگنال فعال‌سازی تولید می‌کنند. پس از فعال شدن، ماکروفاژها به چرخه معیوب تخریب زنوگرافت کمک می کنند، جایی که آنها توسط سلول های T فعال می شوند و به نوبه خود، سلول های T بیشتری را فعال می کنند. علاوه بر این، ماکروفاژها از طریق تولید سیتوکین‌هایی مانند فاکتور نکروز تومور (TNF)-، اینترلوکین{8}} (IL{9}}) و IL{10}} (شکل 1D)64، سمیت سلولی مستقیم را القا می‌کنند. . با توجه به بازخورد مهاری، مسیر پروتئین تنظیم کننده سیگنالینگ (SIRP-)-CD47 یک تنظیم کننده مهم فعالیت ماکروفاژها است. نشان داده شده است که مسیر CD47 هموستاز گلبول های قرمز، پلاکت ها و سلول های بنیادی خونساز را تنظیم می کند. CD47 توسط SIRP-a به عنوان یک سیگنال "نخورید" شناخته می شود، بنابراین فعالیت فاگوسیتی را مهار می کند65، سیگنالی که توسط سلول های سرطانی برای فرار از نظارت ایمنی استفاده می شود. با این حال، وانگ و همکاران 67 ناسازگاری بین گونه‌ای CD47 را پس از پیوند خارجی گزارش کرده‌اند که منجر به مهار ناکارآمد ماکروفاژها می‌شود.

مانند پیوند آلوگرافت، فعال سازی سلول های T در رد زنوگرافت از طریق مسیرهای مستقیم و غیرمستقیم انجام می شود. از طریق مسیر مستقیم، برهمکنش بین کمپلکس‌های SLA{3}} و -2 با گیرنده‌های سلول T منجر به فعال شدن پاسخ ایمنی تطبیقی ​​در برابر زنوگرافت می‌شود (شکل 1E)1. در مسیر غیرمستقیم، ارائه آنتی‌ژن‌های بیگانه‌ژنیک توسط سلول‌های گیرنده منجر به فعال شدن سلول‌های CD4 به‌علاوه T می‌شود که باعث ایجاد آبشاری از تولید آنتی‌بادی و فعال‌سازی سلول‌های B می‌شود (شکل 1F)1. در نهایت، سیتوکین های تولید شده از طریق این مکانیسم به طور قابل توجهی سمیت سلولی سلول های NK و ماکروفاژها را افزایش می دهند.

همانطور که در بالا ذکر شد، سلول های B در رد زنوگرافت نقش دارند. کاهش سلول‌های B زمان بقا را تا 8 ماه پس از پیوند قلب از خوک به بابون افزایش داد، که نشان‌دهنده نقش مهم سلول‌های B در رد پیوند بیگانه، به‌ویژه، رد پیوند خارجی به تأخیر است. سلول‌های B آنتی‌بادی ضد گال را تولید می‌کنند که آنتی‌ژن‌های Gal بیان شده در بافت‌های خوک را هدف قرار می‌دهد و به آنتی‌ژن آن متصل می‌شود که منجر به تشکیل کمپلکس می‌شود. در واقع، کاهش آنتی‌بادی ضد گال منجر به نتایج مطلوب‌تری می‌شود، که بیشتر سلول‌های B را در رد پیوندهای خارجی دخالت می‌دهد71-73. ویژگی‌های فنوتیپی زیرجمعیت‌های سلول‌های B تولیدکننده آنتی‌بادی ضد گال در انسان شناسایی نشده است. یک مطالعه نشان داده است که سلول‌های B طحال، آنتی‌بادی‌های ضد گال تولید می‌کنند، در حالی که سلول‌های B صفاقی این کار را انجام نمی‌دهند، اگرچه آنها ضد را بیان می‌کنند. گیرنده‌های گال 73. در نتیجه، هر دو سیستم ایمنی ذاتی و تطبیقی ​​نقش مهمی در رد پیوند بیگانه دارند.

بیومارکرهای رد زنوگرافت

فقدان استانداردسازی در میان روش‌های مورد استفاده برای نظارت بر رد پیوند زنوگرافت، نیاز اساسی به شناسایی نشانگرهایی را که می‌توانند برای تشخیص و پیش‌بینی رد مورد استفاده قرار گیرند، ایجاد می‌کند. همانطور که در جدول 1 فهرست شده است، مونتگومری و همکاران 6 رسوب کانونی C4d را در 54 ساعت پس از پیوند کلیه خوک به انسان مشاهده کردند، اما هیچ نشانه بافت شناسی یا ایمونولوژیک قابل توجهی از آسیب ناشی از آنتی بادی مشاهده نکردند. ژو و همکاران 8 همچنین دریافتند که CD68 پلاس ماکروفاژها و برخی از سلول های CD3 به علاوه T در مدل های خوک به موش در روز 3 پس از پیوند به زنوگرافت نفوذ کردند.

با توجه به اینکه سلول های NK نوع اصلی سلول های نفوذی هستند که در زنوگرافت شناسایی شده اند51،56،81، لین و همکاران 74 از نشانگرهایی مانند NK1.1 و DX5 برای شناسایی سلول های NK در مدل های خوک به موش استفاده کردند. با استفاده از روش اصلاح شده ADCC، چن و همکاران 76 دریافتند که mRNA و پروتئین گیرنده شبه تلفات (TLR2) نیز در سلول‌های اندوتلیال شریان ایلیاک خوک پس از قرار گرفتن در معرض سرم انسانی تنظیم مثبت شده است. علاوه بر این، سطح کموکاین‌های پیش‌التهابی خوک CCL2 و CXCL8 نیز از طریق یک مسیر با واسطه TLR افزایش یافت. این یافته ها نشان می دهد که محاصره TLR2 ممکن است بقای پیوند زنوگرافت را طولانی کند.

بیوپسی پیوند ممکن است باعث عفونت، زخم یا القای پس زدن از طریق فعال شدن سیستم ایمنی پس از آسیب شود. بنابراین، شناسایی نشانگرهای غیر تهاجمی رد برای کاربرد در پیوند بیگانه بالینی مهم است. مونتگومری و همکاران 6 آنتی‌بادی‌های IgM و IgG را علیه آنتی‌ژن‌های غیر{2}Gal در سرم بیماران پیوند کلیه خوک به انسان شناسایی کردند. از آنجایی که IgM محدود به فضای عروقی است، حذف آن از طریق پلاسمافرزیس، از لحاظ نظری، می‌تواند در آزمایش‌های پیوند خارجی در آینده شامل انسان‌ها گنجانده شود.

DNA در گردش پس از مرگ سلولی یا آپوپتوز آزاد می شود، که یافته های کلاسیک در پیوند خارجی تلقی می شوند. انتشار DNA اختصاصی خوک در گردش (cDNA) منعکس کننده نفوذ سلول های ایمنی در پیوند است و مقدم بر تولید آنتی بادی های IgM/IgG ضد خوک در مدل های خوک به موش است. علاوه بر این، cpsDNA نیز نتایج قابل مقایسه ای را در میمون ها ارائه کرد که امکان امکان پذیری بالقوه را در تنظیمات بالینی نشان می دهد. به طور مشابه، سطوح DNA بدون سلول (cfDNA) نیز با آسیب بافت در مدل‌های زنوگرافت 77 مرتبط است.

در حالی که داده‌های مربوط به میکروRNA‌های خاص اندام (miRNA) در پیوندهای خارجی محدود است، آنها استفاده امیدوارکننده‌ای را به‌عنوان نشانگرهای زیستی رد نشان داده‌اند. در مدل خوکی نارسایی حاد کبد، سطوح پلاسمایی گیرنده miRNA های مختلف مشتق از خوک، از جمله ssc-miR-122، ssc-miR-192 و ssc-miR-124-1 مرتبط بود. با آسیب کبدی، کلیوی و مغزی به ترتیب 82. اکثر miRNA ها در بین گونه ها حفظ می شوند و استفاده از آنها در زمینه پیوند خارجی را محدود می کند78،83. با این حال، برخی از miRNA ها، مانند SSC-miR{14}} b مخصوص خوک، می توانند مفید باشند زیرا ممکن است از همتای انسانی خود متمایز شوند و در کبد، قلب و ریه بیان شوند.

یک مطالعه همچنین افزایش سطوح miR-146a و miR-155 را در پیوندهای خارجی پیوند قلبی مشاهده کرد و تأثیر درمان سرکوبگر سیستم ایمنی را بر بیان آنها در مدل‌های پیوند بیگانه پیوند قلبی از موش به موش ارزیابی کرد. در مقایسه با حیوانات سرکوب شده سیستم ایمنی، ژائو و همکاران 79 کاهش قابل توجهی در سطوح miR{3}}و افزایش بیان miR{4}} یافتند، تغییراتی که منجر به حالت پیش التهابی در گیرندگان می‌شود. قابل‌توجه، miR{6}}a با هدف قرار دادن مسیرهای مختلف NF-kB، نقشی در مهار شرایط التهابی ایفا می‌کند، و miRNA{9}} نیز به عنوان یک پروموتر بیان TNF-85 گزارش شده است. در مجموع، این یافته ها ممکن است بینشی در مورد استفاده بالقوه miRNA ها به عنوان نشانگرهای زیستی و اهداف ایمونوتراپی تداخل کننده با RNA ارائه دهد.

یک مطالعه اخیر در پستانداران غیرانسانی نیز سطوح بالای C3 را در زلالیه قبل از رد گزارش کرده است. در نهایت، نسبت سلول‌های خونی CD4 پلاس / CD8 به علاوه با زمان بقای پیوند کوتاه‌تر در پیوند جزایر خوک به غیرانسان همبستگی دارد86. با این حال، مطالعات بیشتری برای ارزیابی حساسیت و ویژگی هر نشانگر پیشنهادی مورد نیاز است.

نتیجه

با توجه به کمبود اعضای اخیر، پیوند زنو می‌تواند راه‌حلی بسیار مورد نیاز برای بیمارانی که نیاز به پیوند عضو دارند، ارائه دهد. از لحاظ تاریخی، مانع اصلی رویارویی با پیوند خارجی از منابع خوک، وجود اپی توپ گال بود. با این حال، مدولاسیون ژنتیکی اجازه توسعه مدل های خوک بدون این اپی توپ را داد. این پیشرفت بقای پیوند زنوگرافت را در انسان طولانی‌تر کرده و اپی توپ‌های دیگر مانند NeuGc و SDa را که باعث رد ایمنی می‌شوند را روشن کرده است. بنابراین، مطالعات با هدف شناسایی مکانیسم‌های ایمنی منجر به طرد شد. سلول های NK، ماکروفاژها و سلول های T به عنوان بازیگران کلیدی در نقش محوری سیستم ایمنی در رد پیوند زنوگرافت شناسایی شده اند.

علاوه بر این، روش‌هایی که برای شناسایی رد پیوندهای خارجی استفاده می‌شوند، بر اساس روش‌هایی هستند که در پیوند پیوند به دلیل عدم استانداردسازی استفاده می‌شوند. نشانگرهای سلول T، مانند CD3، CD4، و CD8، به عنوان نشانگرهای رد پیش بینی و تشخیصی امیدوارکننده به نظر می رسند. نشانگرهای آسیب سلولی مانند cpsDNA و cfDNA نیز به عنوان نشانگرهای زیستی پیش‌بینی‌کننده اولیه رد شناسایی شده‌اند. miRNA های مختلف نیز به عنوان نشانگرهای رد و اهداف احتمالی برای توسعه استراتژی های ایمونوتراپی جدید شناخته شده اند. در نهایت، تشخیص آنتی‌بادی‌های غیر{4}Gal IgG و IgM اخیراً به‌عنوان نشانگری برای رد پیوند کلیه خوک به انسان مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به پیشرفت‌های اخیر در این زمینه، پیوند خارجی ممکن است در نهایت به یک گزینه بالینی قابل دوام تبدیل شود. با این وجود، پیشرفت بیشتری برای غلبه بر عوارض TMA و انعقاد مصرفی مورد نیاز است. علاوه بر این، مطالعات بیشتری برای مقایسه نشانگرهای مختلف و شناسایی نشانگر رد "استاندارد طلا" در پیوند خارجی مورد نیاز است.

تایید اخلاقی

این دستنوشته یک مقاله مروری است و شامل هیچ گونه مسائل اخلاقی نمی شود. همه نویسندگان نسخه نهایی نسخه خطی را بررسی و تایید کردند.

بیانیه حقوق بشر و حیوانات

این مطالعه شامل هیچ انسان یا حیوانی نبود.

بیانیه رضایت آگاهانه

این مقاله شامل هیچ موضوع انسانی نمی شود و بنابراین، رضایت آگاهانه قابل اجرا نیست.

اعلامیه منافع متضاد

نویسنده(های) تضاد منافع احتمالی زیر را در مورد تحقیق، تألیف و/یا انتشار این مقاله اعلام کرد: دکتر لرمن مشاور AstraZeneca، CureSpec، Butterfly Biosciences، Beren Therapeutics، و Ribocure Pharmaceuticals است. نویسندگان هیچ تضاد منافعی را اعلام نمی کنند.

منابع مالی

نویسنده(ها) دریافت حمایت مالی زیر را برای تحقیق، تألیف و/یا انتشار این مقاله فاش کردند: این اثر تا حدی توسط شماره های کمک مالی NIH پشتیبانی می شود: DK120292، DK122734، HL158691، و AG062104.

منابع

1. Lu T، Yang B، Wang R، Qin C. Xenotransplantation: وضعیت فعلی در تحقیقات پیش بالینی. جلو ایمونول. 2020؛ 10:3060.

2. Maeda A، Kogata S، Toyama C، Lo PC، Okamatsu C، Yamamoto R، Masahata K، Kamiyama M، Eguchi H، Watanabe M، Nagashima H، و همکاران. پاسخ ایمنی سلولی ذاتی در پیوند خارجی جلو ایمونول. 2022؛ 13:858604.

3. سازمان غذا و داروی ایالات متحده. پیوند زن. 2021. مشاهده شده در 21 ژوئن 2022. https://www.fda.gov/vaccinesblood-biologics/xenotransplantation

4. Cooper DKC، Gaston R، Eckhoff D، Ladowski J، Yamamoto T، Wang L، Iwase H، Hara H، Tector M، Tector AJ. Xenotransplantation - وضعیت فعلی و چشم انداز. برادر مد بول 2018؛ 125 (1): 5-14.

5. گروت سی جی. مزایای بالقوه پیوند اعضا از خوک به انسان: دیدگاه جراح پیوند. هندی جی اورول. 2007؛ 23 (3): 305-309.

6. Montgomery RA، Stern JM، Lonze BE، Tatapudi VS، Mangiola M، Wu M، Weldon E، Lawson N، Deterville C، Dieter RA، Sullivan B، و همکاران. نتایج دو مورد پیوند بیگانه کلیه خوک به انسان. N Engl J Med. 2022؛ 386 (20): 1889-98.

7. Kuehn BM. اولین پیوند قلب خوک به انسان نقطه عطفی در پیوند خارجی است. جریان. 2022؛ 145 (25): 1870-71.

8. Zhou M، Lu Y، Zhao C، Zhang J، Cooper DKC، Xie C، Song Z، Gao H، Qu Z، Lin S، Deng Y، و همکاران. در حال گردش DNA اختصاصی خوک به عنوان یک نشانگر زیستی جدید برای نظارت بر رد پیوند زنوگرافت. پیوند زن. 2019؛ 26 (4): e12522.

9. چان جی ال، محی الدین م.م. پیوند زنو قلب پیوند عضو Curr Opin. 2017؛ 22 (6): 549-54.

10. Roux FA، Saï P، Deschamps JY. تزریقات زن، گذشته و حال. پیوند زن. 2007؛ 14 (3): 208-16.

11. اسنایدر سی. ریچارد شارپ کیسام، MD، و سروپلاستیک در انسان. آرک افتالمول. 1963؛ 70:870-72.

12. Cooper DKC، Ekser B، Tector AJ. تاریخچه مختصری از پیوند خارجی بالینی Int J Surg. 2015؛ 23 (Pt B): 205-10.

13. Silvetti AN، Cotton C، Byrne RJ، Berrian JH، Fernandez Menendez A. مطالعات تجربی اولیه پیوندهای پوست جنین گاوی. پیوند گاو نر. 1957؛ 4 (1): 25-26.

14. کوپر DKC. تاریخچه مختصری از پیوند اعضا بین گونه ای Proc. 2012؛ 25 (1): 49-57.

15. Wijkstrom M، Iwase H، Paris W، Hara H، Ezzelarab M، Cooper DKC. پیوند بیگانه کلیه: پیشرفت تجربی و چشم انداز بالینی کلیه بین المللی 2017؛ 91 (4): 790-96.

For more information:1950477648nn@gmail.com