Сердца и почки свиней, пересаженные умершим людям, исследованы на клеточном уровне

Исследователи из Медицинского центра Лангон Хелс Университета Нью-Йорка, где проводились экспериментальные трансплантации органов свиньи людям с умершим мозгом, вместе с коллегами из других научных центров опубликовали статьи в Nature Medicine и Med. Они проанализировали клетки из крови людей, которым трансплантировали почки и сердце свиньи после того, как они были официально объявлены умершими, а также из ткани пересаженных органов.

Первый живой человек, которому трансплантировали почку генномодифицированной свиньи, умер менее чем через два месяца. Примерно столько же прожили первые два человека, которым трансплантировали свиные сердца. В 2022 году 57-летний Дэвид Беннетт получил сердце и прожил 60 дней после операции. Лоуренсу Фосетту пересадили свиное сердце в 2023 году, он прожил 40 дней. Ричард Слейман, первый живой реципиент свиной почки, умер 7 мая, а операция проводилась 16 марта. Тацуо Каваи, один из хирургов, проводивших трансплантацию Слейману в Массачусетской больнице общего профиля, рассказал Nature, что почка, по данным обследования за день до смерти, функционировала хорошо, и пациент умер по причинам, не связанным с трансплантацией. За год до процедуры у него развилась застойная сердечная недостаточность.

Почку для операции Ричарда Слеймана взяли от свиньи, созданной в биотехнологической компании eGenesis, из Кембриджа, штат Массачусетс. В геном этих свиней внесли 69 изменения, в том числе удалили копии геномов ретровируса свиней. Сердца свиней, которые пересаживали людям, предоставила компания Revivicor из Блэксбурга, штат Вирджиния, которая не очищала геном животного от ретровирусов: у этих свиней были изменены 10 генов.

Статья, опубликованная в Med, представляет результаты секвенирования РНК мононуклеарных клеток периферической крови, полученной от реципиентов, а также клеток почек. В этих двух экспериментах использовали почки свиней с нокаутом только одного гена — альфа-1,3-галактозилтрансферазы (свиньи GalSafe от Revivicor). В новой работе исследовали оба ксенотрансплантата, причем сравнивали клетки пересаженной почки и второй, остававшейся в организме животного-донора. Образцы собрали в конечной точке каждого эксперимента (54 часа).

Анализ данных секвенирования единичных клеток (scRNA-seq) выявил 16 кластеров клеток, характерных для почки млекопитающего. Сравнение с геномами человека и свиньи показало, что иммунные клетки человека проникли в ксенотрансплантаты, в основном это были макрофаги и NK-клетки, а также нейтрофилы. Человеческих Т-клеток или эритроцитов обнаружено не было, следовательно, это вряд ли может быть результатом загрязнения при реперфузии.

Чтобы определить, когда началось проникновение иммунных клеток, авторы исследовали суммарную РНК в биопсийных образцах почки, взятых в момент трансплантации, через 12, 24 и 48 часов. Экспрессия генов-маркеров макрофагов и NK-клеток указывала на то, что они появились в ткани трансплантата уже через 12 часов после операции. Также с 12 часов резко выросла экспрессия сигнального пути интерферона-гамма. Интересно, что через 12 и 24 часа хемокинов свиньи было больше, чем человеческих, а через 48 часов, наоборот, преобладали хемокины человека. В целом секвенирование суммарной РНК в разных временных точках выявило две волны активации иммунной системы. Во время первой, примерно через 12 часов, экспрессируются наборы генов, указывающие на активацию врожденного иммунитета. Через 24–48 часов — наборы генов, связанные с ранней фазой адаптивного иммунного ответа.

Гистологическое исследование не обнаружило признаков сверхострого отторжения, однако к 54 часам в паттернах экспрессии наблюдались ранние признаки опосредованного антителами ответа.

В ксенотрансплантатах экспрессировались гены, связанные с воспалительным повреждением ткани, но также активировалась пролиферация клеток. Перечисленные изменения не наблюдались в контрольных почках свиней, хотя эти почки также перенесли ишемию, подчеркивают авторы. Следовательно, измененные паттерны экспрессии связаны именно с трансплантацией.

Статья в Nature Medicine представляет результаты омиксных анализов в ходе экспериментов по пересадке свиных сердец двум умершим людям, мужчине и женщине. Операции были проведены 16 июня и 6 июля 2022 года. В этой работе использовались животные с десятью отредактированными генами.

Авторы выполнили транскриптомный, липидомный, протеомный и метаболомный анализы образцов крови, которые собирали каждые 6 часов (всего 14 временных точек для мужчины и 12 для женщины), а также гистологическое и транскриптомное профилирование тканей трансплантатов. Интересно, что картина у двух реципиентов была неодинаковой.

В мононуклеарных клетках периферической крови и ткани ксенотрансплантата, полученных от мужчины, наблюдали выраженные иммунные реакции, связанные с активностью Т-клеток и NK-клеток. Их доли от всей популяции клеток через 30 часов после трансплантации составляли около процента, но превысили 20% через 66 часов. Также появлялись признаки ишемически-реперфузионного повреждения, усугубленного неадекватной иммуносупрессией Т-клеток. Через 42 часа после трансплантации произошли существенные изменения в клеточном метаболизме и путях повреждения печени, что совпадало по времени с дисфункцией органа. В то же время у женщины наблюдались сравнительно небольшие изменения в профилях РНК, белков, липидов и метаболитов.

Есть предположение, что ишемические симптомы в сердце, пересаженном мужчине, были связаны с недостаточным размером сердца животного (на момент смерти мозга выбор ГМ свиней был ограничен). Это означает, что подходы к улучшению результатов ксенотрансплантации, в частности, схемы иммунодепрессантов должны быть персонализированными.

Исследования в области ксенотрансплантации дают надежду неизлечимо больным людям, которые ожидают очереди на пересадку органов, и для них значима каждая прожитая неделя. Авторы исследований надеются, что более глубокое понимание молекулярных и клеточных процессов, которые сопровождают ксенотрансплантацию, поможет разработать протоколы, подавляющие нежелательные реакции.

Печень свиньи с отредактированным геномом можно временно подключить человеку

Выбран оптимальный режим иммуносупрессии при пересадке свиных почек человеку