Xenotransplantatie: van orgaan naar celtransplantatie

Afweerreactie van varkensweefsel

Wanneer een varkensorgaan wordt aangesloten op bloedvaten in een mens volgt een hyperacute afstoting. Varkenscellen hebben een andere chemische oppervlakstructuur dan die van menselijke cellen. Daarom hebben mensen natuurlijke antilichamen die deze afwijkende structuur herkennen en samen met stoffen van het aangeboren immuunsysteem en de bloedstolling hechten aan cellen in de varkens-vaatwand en binnen minuten tot een uur het varkensorgaan omvormen tot één groot bloedstolsel.

Stel dat deze hyperacute afstoting wordt voorkomen, dan kan de opgewekte immuunrespons nog tot afstoting leiden. Immunosuppressiva (afstotingsremmers) zoals cyclosporine zijn effectief in mens-naar-menstransplantatie, maar werken minder goed in de onderdrukking van de antilichaamrespons tegen varkens. Een scala aan immunosuppressiva zijn getest in varkens-naar-aaptransplantaties maar bleken weinig effectief. Verder is er langdurig onderzoek gedaan aan het opwekken van immunologische tolerantie, zodat het menselijke immuunsysteem niet op varkenscellen reageert. Ook dit heeft geen klinisch toepasbare procedures opgeleverd.

Genetische modificatie van donordieren kwam in zicht als oplossing toen het mogelijk werd om transgenese in grote dieren uit te voeren. In 1992 werd de big Astrid geboren, die transgeen was voor de menselijke complement-regulator CD55 die hyperacute afstoting voorkomt. Toen kon de zoektocht beginnen naar verdere modificaties om de afstoting van varkensweefsels/organen bij mensen te remmen, met beperkt succes aanvankelijk. Een belangrijke voortgang werd geboekt in 2003 door uitschakeling (knock-out) van het enzym galactosyltransferase (GalT) dat bepaalde suikergroepen aan het celoppervlak reguleert. Mensen hebben natuurlijke antistoffen tegen deze suikergroepen; wanneer deze suikergroepen niet meer aanwezig zijn, zal er dus geen afstoting optreden.

Veel werk in de laatste tien jaar, met name in transplantatie van varken-naar-makaak/baviaan, heeft geleerd dat er meerdere modificaties nodig zijn. In niertransplantatie is er beperkte voortgang geboekt, met in een enkel geval een overleving van ruim vier maanden van een nier van een donordier die transgeen was voor GalT, de menselijk complement-regulatie-eiwitten CD46 en CD55, en menselijke eiwitten uit de bloedstollingscascade. Bij een harttransplantatie waarbij een gezond hart is vervangen, is er meer dan twee jaar overleving bereikt, bij vervanging van een ziek hart (levensondersteunende harttransplantatie) is de overleving nu maximaal twee maanden. Onvoldoende nog voor een mogelijke klinische toepassing. Voor organen zoals lever en long is de voortgang veel beperkter.

Xenoceltransplantatie

Voor celtransplantatie is het perspectief veel beter, met name voor insuline-producerende eilandjes van Langerhans voor de behandeling van insuline-afhankelijke diabetes. Er zijn verschillende uitvoeringen. Allereerst de bron, volwassen varkens of pasgeboren biggen. eilandjes van volwassen varkens hebben als voordeel dat de insuline-producerende bètacellen uitgedifferentieerd zijn en dus direct ‘aan het werk’ kunnen, maar de isolatie is tamelijk gecompliceerd. Daarentegen moeten eilandjes van pasgeboren biggen nog rijpen om volledig functioneel te worden, maar ze zijn tamelijk eenvoudig te isoleren. Daarnaast is er verschil in toediening. Net zoals in de kliniek met menselijke eilandjes kunnen varkenseilandjes via de poortader naar de lever worden ingebracht. In tegenstelling tot een orgaantransplantatie is er geen hyperacute afstoting en ook nauwelijks een afstoting met antilichamen. Echter, immunosuppressie speelt een grotere rol dan bij transplantatie van menselijke eilandjes. Als alternatief kunnen varkenseilandjes na inkapseling worden toegediend in de buikholte. Het kapsel beschermt de cellen tegen afstoting, terwijl er wel uitwisseling van voedingsstoffen en zuurstof en levering van insuline mogelijk is. Ook in deze situatie is er langdurige overleving in diabetische makaken bereikt. Het is niet duidelijk of genetische modificatie van donoren nodig is, omdat afstoting door antilichamen geen belangrijke rol speelt.

Overdracht van infecties

Donordieren voor xenotransplantatie moeten aan strikte hygiëne-eisen voldoen. Dit betreft niet alleen ziekteverwekkers binnen de diersoort die de gezondheid beïnvloeden (bijvoorbeeld varkensvirussen in een toom varkens), maar ook ziekteverwekkers die kunnen overspringen op mensen, zoals varkens-cytomegalovirus en varkens-lymfotrope herpesvirussen. Aan deze hygiëne-voorwaarden kan worden voldaan door aparte huisvesting in combinatie met de geboorte van de eerste generatie via een keizersnede en onthouding van moedermelk. Dit geldt voor exogene pathogenen, maar niet voor endogene virussen die in het genoom zijn verankerd. In het varken gaat het om het porcine endogenous retrovirus (PERV). Voor dit virus is in 1996 de overdracht (transmissie) van varkenscellen naar menselijke cellen beschreven in een celkweeksysteem. Nader onderzoek wees echter uit dat dit hoogstwaarschijnlijk een laboratoriumartefact is. Ondanks uitgebreide studies is niet aangetoond dat PERV overspringt in levende individuen. Het risico in ontvangers van een varkenstransplantaat lijkt dus vrijwel afwezig of gering. Daarnaast zijn er geen ziekten beschreven die met PERV-infectie samenhangen. Echter, mogelijke overdracht kan niet volledig worden uitgesloten, en daarom stellen regelgevende instanties dat in klinische toepassing materiaal van de donor (varken en xeno-product) en de ontvanger moet worden verzameld en bewaard, en dat patiënten regelmatig onderzocht moeten worden op aanwezigheid van PERV.

Het is dus wellicht beter om alle PERV uit de donor te verwijderen. Sinds kort is er nieuwe technologie beschikbaar die dit mogelijk maakt, de CRISPR/Cas9-methode. Hiermee worden genen uitgeschakeld met een grote nauwkeurigheid en effectiviteit. In een in-vitro-experiment bleek het mogelijk meer dan 62 provirussen van PERV in varkens-DNA te inactiveren. Ook met methoden zoals CRISPR/Cas9 zouden alle vormen van PERV in varkenscellen uit te bannen zijn. Dit moet nog wel worden bevestigd in levende varkens.

Behandeling diabetes type 1

De introductie van de afstotingsremmer cyclosporine, nu meer dan 30 jaar terug, gaf de aanzet tot uitbreiding van cel-, weefsel- en orgaantransplantatie tussen mensen, en uitzicht op verdere uitbreiding door gebruikmaking van dierdonoren. Dit laatste heeft verdere impulsen gekregen door de ontwikkeling van genetisch gemodificeerde donordieren. Het ‘vermenselijken’ van varkens heeft grote vorderingen gemaakt, maar het ‘vervarkenen’ van de menselijke immuunreactie heeft geen éénduidige aanpak opgeleverd. Nu, begin 2016, is het duidelijk dat er toch wel meer factoren in de fysiologische en moleculaire interactie tussen mens en varken zijn die klinische toepassing van varkenscellen,-weefsels of -organen vooralsnog niet mogelijk maken. Celtransplantatie voor behandeling van diabetes is vooralsnog de eerste optie die xenotransplantatie naar een klinische toepassing kan brengen. De ontwikkelingen leren dat het nu mogelijk is stamcellen te programmeren tot insuline-producerende cellen vergelijkbaar met de cellen in de alvleesklier. De klinische behoefte onder diabetici is dermate hoog dat er voldoende ruimte is voor meerdere producten, zeker als deze kunnen worden aangepast aan de individuele behoefte van de patiënt.