Мы продолжаем рассказывать про доклад младшего научного сотрудника Института цитологии и генетики СО РАН Татьяна Шнайдер в рамках проекта «Точка.Логия», посвященный ксенотрансплантации (пересадке органов от животных человеку).
В первой части выступления она рассказала о том, как человечество проделало путь от мифов про слоноголового Ганешу до пересадки сердца бабуина новорождённой девочке, страдавшей от тяжёлой патологии сердца. К сожалению, девочка прожила лишь 21 день. Этот случай вызвал бурные дискуссии, но, к счастью, не поставил крест на проведении новых исследований.
Тем не менее ксенотрансплантация долгое время оставалась научной фантастикой и этической дилеммой. Однако сегодня, когда нехватка донорских органов стоит особенно остро, исследователи всё активнее возвращаются к идее использовать животных, в первую очередь свиней, в качестве доноров.
Один из главных барьеров на этом пути – иммунная несовместимость. Даже если орган животного идеально подходит по размеру и функциональным характеристикам, человеческая иммунная система распознаёт его как чужеродный и атакует. Решением этой проблемы становится генная инженерия, позволяющая «обучить» органы животных не вызывать иммунного отторжения.
«Главная цель генетических модификаций – сделать так, чтобы органы животных были менее «заметны» для иммунной системы человека. В первую очередь это означает удаление генов, ответственных за синтез молекул, которых нет у человека, но есть у других животных и которые воспринимаются иммунной системой как мишени», – объяснила Татьяна Шнайдер.
У свиней это гены, отвечающие за появление сахаров αGal, Neu5Gc и SDa. Присутствие этих углеводов на поверхности клеток запускает мощную реакцию гуморального иммунитета: у большинства людей есть предсуществующие антитела к αGal, и при контакте с клетками, его содержащими, возникает мгновенная реакция отторжения. Поэтому удаление этих трёх генов стало стандартом при создании свиней-доноров.
Однако этого недостаточно. После удаления чужеродных сахаров необходимо позаботиться о защите от других компонентов иммунной системы человека, в первую очередь системы комплемента. Эта система работает как каскад: белки плазмы крови активируются и уничтожают чужеродные клетки. Чтобы блокировать этот механизм, в геном свиней вводят человеческие гены CD46, CD55 и CD59 – белки, ингибирующие разные этапы активации комплемента. Такие модификации позволяют замедлить или даже предотвратить разрушение трансплантата.
Следующий вызов – взаимодействие трансплантата с клетками иммунной системы, прежде всего с Т-клетками, макрофагами и натуральными киллерами. Эти клетки распознают чужеродные ткани и запускают клеточный иммунный ответ. Для противодействия этому в геном свиней внедряют гены, кодирующие белки PDL1, HLA-E, HLA-G и CD47. PDL1, например, подавляет активацию Т-клеток через взаимодействие с рецептором PD1, а HLA-E и HLA-G действуют на NK-клетки. CD47, в свою очередь, взаимодействует с рецептором SIRPα на макрофагах и подавляет их активность. Все эти механизмы в совокупности помогают сделать органы свиней менее «чужими» для человеческого организма.
Ещё одна проблема – свёртывание крови. При контакте свиного эндотелия с человеческой кровью часто возникает каскад тромбообразования, который может привести к закупорке сосудов трансплантата и его гибели. Чтобы этого избежать, учёные внедряют в геном свиней гены, кодирующие человеческие антикоагулянты, такие как тромбомодулин (THBD) и протеин С (PROCR). Также удаляются гены, провоцирующие активацию тромбоцитов. Такая комбинация модификаций позволяет существенно снизить риск тромбозов в трансплантате.
Помимо иммунной несовместимости, существует риск передачи свиных эндогенных ретровирусов. Эти вирусы встроены в геном свиней и могут активироваться после трансплантации, представляя потенциальную опасность для человека. В 2017 году с помощью системы редактирования генома CRISPR/Cas9 учёным удалось удалить все копии PERV из генома свиней, сделав трансплантаты более безопасными. Это достижение стало важным шагом к клиническому применению ксенотрансплантации.
В результате современных разработок уже созданы линии свиней, геном которых содержит до 10–12 модификаций. Некоторые гены полностью удалены, другие – добавлены. Такие животные считаются максимально приближёнными к требованиям для клинического использования.
"Например, компания eGenesis разработала свиней с 69 модификациями генома, включая удаление PERV, инактивацию шести генов и внедрение 13 человеческих генов. Такие достижения показывают, насколько далеко продвинулась генная инженерия в попытке преодолеть барьеры между видами", - рассказала ученая.
Хотя ксенотрансплантация пока не стала массовой медицинской практикой, первые клинические опыты – например, пересадка почки свиньи человеку с диагнозом смерть мозга, или пересадка сердца пациенту с терминальной сердечной недостаточностью – уже проведены. Эти эксперименты позволяют оценить, насколько хорошо работают генетически модифицированные органы в условиях, близких к реальным. Каждый такой случай приносит новые данные, позволяющие совершенствовать как технологии модификации доноров, так и протоколы иммуносупрессии.
Кроме того, существуют и другие направления медицинских и биотехнологий, тесно связанные с ксенотрансплантацией, где человечество также достигло определенных успехов.
Прежде всего, это опухолевые ксенотрансплантаты. Огромное количество фармацевтических компаний разрабатывает противоопухолевые препараты, которые затем необходимо тестировать. Сначала – на клеточных культурах, выращенных из линий, полученных от пациентов с разными опухолями. Используя такие клеточные линии, можно оценивать, работает этот препарат или нет.
Следующий этап требует проведения испытаний на лабораторных животных, обычно мышах. Вот тут в дело и вступает ксенотрансплантация. «Это специально созданные мыши, у которых иммунитет не работает, поэтому, если им вколоть человеческие клетки, то эти клетки спокойно будут приживаться, в том числе и опухолевые. Таким образом делают опухолевые ксенотрансплантаты, на которых потом можно тестировать кандидаты в лекарства, как они будут работать в организме, а не в чашке Петри», - пояснила Татьяна Шнайдер.
Еще один вид ксенотрансплантации является довольно экзотичным – это ксенобеременность, вынашивание одного вида животного другим видом животных. Понятно, что в естественных условиях такого произойти не может, другое дело – в научной лаборатории.
«Зачем это делать? Чаще всего такой метод рассматривают как способ воскресить вымерших животных. Или тех, кто находится под угрозой вымирания. Такие работы ведут, например, китайские ученые. Таким путем они пытаются увеличить поголовье панд – одного из символов Китая, который, к сожалению, очень плохо размножается в неволе. И хотя пока они не довели эти исследования до работающей технологии, уже есть результаты, которые показали, что в принципе, это возможно», - отметила Татьяна Шнайдер.
Подведем итоги – ксенотрансплантация остаётся вызовом для медицины, биотехнологий и этики. Но благодаря достижениям в области редактирования генома и всё более точной настройке иммунного взаимодействия между человеком и животным трансплантатом, идея использовать органы свиней для спасения человеческих жизней становится не столь фантастической, как ещё пару десятилетий назад. И, возможно, уже в обозримом будущем генно-модифицированные органы от животных станут реальной альтернативой человеческим донорским органам. И это далеко не единственный фронт работ для будущих поколений ксенотрансплантологов.
Сергей Исаев
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии