Дисбаланс между спросом и предложением
на человеческие органы увеличивается. С одной стороны, растет число больных
и расширяются показания для лечения трансплантацией, с другой -- межнациональная
кооперация уже не может обеспечивать возросшие потребности в органах, особенно
почки. В этой связи исследователи начинают всерьез заниматься проработкой
возможности использовать органы животных -- ксенотрансплантаты.
Фактически ксеногенные пересадки
не являются принципиально новыми, так как свиные сердечные клапаны пересаживаются
уже много лет, поскольку являются относительно инертными тканями и не вызывают
выраженного отторжения. Однако в настоящее время практическая трансплантология
стоит на пороге широкого использования клеток, тканей и органов от генетически
модифицированных свиней. Наряду с проблемами отторжения ксенотканей, важным
моментом в этой области является риск переноса реципиентам новых зоонозов.
Главными областями применения
ксенотрансплантатов и главными проблемами, ограничивающими их широкое использование,
являются:
1) трансплантация свиных клеток
и тканей для лечения диабета и дегенеративных заболеваний нервной системы
(болезнь Паркинсона, хорея Гентингтона);
2) органные трансплантации от
генетически модифицированных свиней после решения проблем преодоления иммунных
и физиологических барьеров;
3) временное использование ксенографтов
при отсутствии подходящего человеческого органа;
В связи с этим
а) нельзя игнорировать риска
развития у реципиентов ксенографтов зоонозов и их распространения среди
людей -- ВИЧ и новые штаммы гриппа также были зоонозами, пока не вызвали
пандемий в человеческой популяции;
б) необходима разработка руководящих
принципов в области этики, безопасности и текущего контроля за использованием
ксенотрансплантатов.
С точки зрения физиологии и иммунологии,
высшие и человекообразные обезьяны могли бы быть наиболее подходящим источником
тканей и органов. Для получения неконтаминированных детенышей можно было
бы использовать кесарево сечение и для предотвращения контаминации разводить
их изолированно от прочих обезьян. Наряду с этическими проблемами такого
использования «ближайших родственников», обезьян слишком сложно выращивать
без родителей.
В настоящее время свиньи
являются единственными животными, серьезно рассматриваемыми как будущий
источник органов для трансплантации, хотя также есть предположения об использовании
жвачных и кенгуру. Свиньи относительно быстро растут, производят большое
потомство и могут разводиться в беспатогенных условиях. Свиньи могут быть
генетически модифицированы для снижения степени отторгаемости органов людьми
и в настоящее время многие биотехнологические компании вкладывают в такие
разработки миллионы долларов.
Этические проблемы в таком использовании
свиней кажутся меньшими в сравнении с использованием приматов. В конце
концов свиньи были доместицированы тысячи лет назад, они разводятся и забиваются
для употребления человеком в пищу, а медицинское использование их клапанов
не встретило серьезных возражений тех религий, которые не одобряют употребление
свинины. Трансгенные мыши стали общеупотребительным инструментом в медицинских
исследованиях и в принципе нет особой разницы в использовании трансгенных
свиней. Однако в использовании свиных тканей и органов для трансплантации
человеку есть нерешенные вопросы, относящиеся к областям физиологии, иммунологии
и микробиологии.
Физиологические проблемы
решены еще не полностью. Свиной инсулин используется уже много лет и если
бы клетки Лангерганса могли бы быть успешно имплантированы, они, очевидно,
могли бы правильно функционировать у больных с инсулин-зависимым диабетом.
Аналогично свиное сердце могло бы адекватно функционировать, несмотря на
«непривычную» для него нагрузку, связанную с необходимостью качать кровь
вверх, к мозгу. Однако будут ли свиные почки адекватно отвечать на диуретические
сигналы, имея от человеческих существенные отличия в структуре и функции?
Наряду с продукцией мочи, почки
вырабатывают эритропоэтин, необходимый для
регуляции наработки и созревания красных клеток крови. Свиной эритропоэтин
не эффективен в организме человека, так как его структура не распознается
эритропоэтиновыми рецепторами клеток костного мозга, значит реципиенты
свиных почек должны постоянно получать экзогенный рекомбинантный эритропоэтин.
Есть и другие отличия в физиологических связях почек, костного мозга, печени
у человека и свиньи, поэтому сложно предсказать все последствия ксенопересадки.
Эти вопросы могут быть разрешены в наиболее близкой к человеку экспериментальной
системе -- в пересадках свиных почек обезьянам.
Иммунологические проблемы, которые
необходимо снять для продления выживания ксенографта больше, чем при несовместимой
аллотрансплантации, поскольку ксенографт отторгается тремя механизмами:
сверхострым, острым и клеточно-опосредованным.
Комплемент обусловливает лизис
клеток, выстилающих сосуды ксенографта. Естественные человеческие антитела,
взаимодействующие с остатками a-галактозы на свином эндотелии, связывают
комплемент и разрушают сосудистую систему органа в течение минут после
контакта с человеческой кровью. Это тот же механизм, что и при гемолизе
перелитой AB0- или Rh-несовместимой крови. Сверхострое отторжение
может быть супрессировано при экспрессии в организме трансгенной свиньи
человеческих комплемент-регулирующих белков. В процессе сверхострого отторжения
не задействованы Т-лимфоциты и оно не возникает при пересадке бессосудистых
ксенографтов или человеческих аллографтов.
Локальная активация воспалительного
ответа ведет к агрегации тромбоцитов, экстравазации лейкоцитов через капилляры
в паренхиму органа. В результате возникает процесс повреждения, разрушающий
сосудистую сеть ксенотрансплантата за 3-5 дней. Так же как и сверхострое
отторжение, острое сосудистое отторжение в основном инициируется связыванием
естественными антителами остатков a-галактозы, может быть подавлено аналогичным
образом и также не составляет главной проблемы для бессосудистых ксенографтов
и человеческих аллографтов.
Антигены на поверхности трансплантированных
ксеноклеток воспринимаются как чужеродные и впоследствии атакуются специфическими
цитотоксическими Т-лимфоцитами. Поскольку это -- иммунный ответ, возникающий
de novo, отторжение начинается через 1 -- 2 недели после трансплантации.
Так же как и в случае аллографта, клеточно-опосредованное отторжение может
быть подавлено иммуносупрессивными препаратами, такими как стероиды или
циклоспорин А.
У людей, также как у человекообразных
обезьян и других видов обезьян Восточного полушария, в структуре углеводной
части гликопротеинов отсутствует углевод галактоза-альфа(1-3)галактоза
(aGal). Поскольку многие кишечные бактерии экспрессируют aGal, у
всех людей есть анти-aGal антитела. Так как гликопротеины свиней содержат
aGal, то эти антитела взаимодействуют с несущими их эндотелиальными клетками.
Одним из путей предотвращения сверхострого отторжения является выведение
«совместимых» с человеком свиней, у которых отсутствует фермент aльфа(1-3)галактозилтрансфераза
и соответственно, не синтезируется aGal. Однако технология «нокаута» специфических
генов у свиней пока не создана.
Альтернативной возможностью является
выведение трансгенных свиней, с высоким уровнем aльфа-фукозы в гликопротеинах,
которая конкурирует с aGal, а также создание трансгенных свиней, чьи клетки
экспрессируют мембранные белки CD55 (DAF), CD46 (MCP), или CD59, которые
ингибируют каскад активации комплемента и таким образом предотвращают сверхострое
отторжение. В норме эти белки являются важными регуляторами активности
комплемента и препятствуют повреждению собственных клеток. В эксперименте
сердце от такой свиньи выживает до 40 дней при пересадке обезьяне, что
достоверно дольше, чем сердце от обычной свиньи у иммуносупрессированной
обезьяны. Таким образом, доведение таких технологий до практики позволит
использовать ксеноорганы для пересадки людям в ургентных ситуациях и переждать
время, пока не будет подобран соответствующий человеческий трансплантат.
Это, конечно, не снимает проблемы дефицита донорских органов.
Сверхострое и острое отторжение
дают меньше проблем при трансплантации ксеноклеток, поэтому это направление
развивается применительно к лечению заболеваний, которые раньше не лечились
трансплантацией, например, дегенеративные заболевания головного мозга и
диабет. Проведена первая фаза клинических испытаний с двумя свиными тканями:
панкреатическими островками, содержащими клетки Лангерганса для лечения
диабета и фетальными клетками головного мозга для лечения болезни Паркинсона
и хореи Гентингтона, поскольку есть надежда, что фетальные клетки, секретирующие
нейротрофические факторы, смогут приостанавливать дегенеративный процесс.
Это тот же самый механизм, что
и при отторжении человеческих HLA-несовместимых трансплантатов. Однако
он же во многом ответственен и за распознавание вирусных инфекций. Многие
вирусы, такие как цитомегаловирус, длительное время персистируют в человеческих
телах, но ущерб причиняют редко, поскольку находятся постоянно под контролем
Т-клеточного иммунитета. Однако эти вирусы вызывают летальный исход у иммуносупрессированных
больных -- больных ВИЧ или реципиентов трансплантатов. Конечно, антивирусная
терапия в принципе может держать инфекцию под контролем, но степень риска
слишком высока -- ведь реципиенты ксеноорганов должны в течение всего
срока пребывания этих органов в их организме принимать иммуносупрессивные
препараты.
Многие сторонники ксенотрансплантации
заявляют, что поскольку свиньи живут с людьми так долго, человек сможет
справиться с любым микробом, исходящим от них. Однако ксенотрансплантация
дает очень удобный путь для распространения вирусов животных.
Во-первых,
будут разрушены естественные барьеры, когда свиные ткани будут помещены
в человеческое тело.
Во-вторых,
иммуносупрессия, необходимая для предотвращения отторжения трансплантата,
будет способствовать размножению вируса и его адаптации к новому хозяину.
В третьих,
человеческие гены, введенные в организм трансгенных свиней-доноров, могут
способствовать адаптации вирусов животных и развитию инфекции.
Свиные вирусы могут быть нераспознаны,
поскольку они не вызывают заболевания животного-носителя. Например, свиной
calicivirus,
близкородственный человеческому вирусу гепатита Е, был обнаружен только
недавно, в 1997 г. Этот вирус может не причинять вреда самим свиньям, но
быть патогенным для людей, так же как вирус герпеса В макак вызывает
у самих обезьян локальные язвочки после воздействия холода, а у человека
-- фатальный энцефалит.
Генетически модифицированные животные
могут передавать свои вирусы еще более легким путем. Человеческие белки,
экспрессирующиеся на их клетках, одновременно являются и рецепторами для
вирусов. CD55 служит рецептором для человеческих вирусов Коксаки В и ECHO-вирусов
(относящихся к полиовирусам), вызывающих миокардит. CD46 может выступать
как рецептор для вируса кори, так что возможно, что родственные им болезнетворные
вирусы животных (такие как вирусы собачьей чумы и чумы крупного рогатого
скота), могут быть преадаптированы в организме трансгенных животных и послужить
источником инфекции у человека. Болезнетворные вирусы могут менять хозяина
при каждом удобном случае, примером чему является смерть ветеринара в Австралии
от энцефалита (парамиксовирус), заразившегося при вскрытии трупа лошади,
в свою очередь, получившей вирус от летучей мыши. Наблюдается постоянный
переход родственных, но тем не менее отличающихся вирусов от летучих мышей
к свиньям, что обеспечивает контакт этих вирусов с человеком. Таким образом,
разведение животных с человеческими рецепторами одновременно протягивает
вирусам руку помощи.
Другой момент высокого риска при
использовании трансгенных свиней связан с тем, что в процессе отделения
(«отпочковывания») вируса от клетки-хозяина он будет покрыт фрагментом
мембранных липидов, что защитит его от инактивации человеческим комплементом.
Этот механизм естественной противовирусной резистентности человека может
быть нарушен при попытках создания условий выживания ксенографта в его
организме.
Все эти аргументы были бы чисто
академическими, если бы была уверенность в отсутствии вирусов в стаде трансгенных
животных, разводимых для ксенотрансплантации. Очевидно, что многие вирусы
элиминируются при разведении свиней в безмикробных условиях, но нельзя
поставить заслон неизвестным вирусам. Более того, в геноме нормальных свиней
содержатся интегрированные эндогенные ретровирусы, которые являются просто
определенными последовательностями ДНК, наследующимися как менделирующий
признак и поэтому их нельзя элиминировать. Эти вирусные последовательности
в ДНК могут быть активированы и приводить к продукции инфицирующих вирусов;
у свиней показан аналог вирусов лейкоза мышей, кошек и гиббонов -- все
это троюродные братья (second cousins) вируса иммунодефицита человека (HIV).
В 1997 г. сообщено, что два свиных ретровируса способны инфицировать человеческие
клетки в культуре. Эти ретровирусы, как потенциально способные к распространению
в организме хозяина (т.е. человека), были выделены из нормальных лимфоцитов
и эндотелиальных клеток здоровых свиней. Эти данные послужили основанием
ряду британских специалистов требовать моратория на трансплантации человеку
жизнеспособных ксеногенных клеток, тканей и органов.
Исследование тех немногих больных,
которым были трансплантированы свиные островковые клетки или клетки мозга,
а также двух пациентов, которым во время сеанса гемодиализа временно экстракорпорально
подключалась свиная почка, пока не показали признаков ретровирусной инфекции.
Если в дальнейшем исследования подобных больных также дадут отрицательный
результат, то это еще не значит, что не нужно запрещать ксенотрансплантации.
Есть серьезные причины проявлять осторожность. Снижение риска смерти отдельного
пациента в результате пересадки ксенооргана и риск развития новой эпидемии
-- явления несопоставимые. Решение о будущем ксенотрансплантации должно
поэтому принимать во внимание возможное воздействие на человеческую популяцию
в целом. Именно по этой причине при министерстве здравоохранения Великобритании
создана специальная структура для изучения проблем ксенотрансплантации,
без разрешения которой клинические испытания проводиться не могут. В США
FDA также недавно заявила, что вопрос о применении ксенотрансплантаций
не может решаться региональными комитетами по этике и необходима разработка
новых правил.
Ясно, что за получателями
ксенографтов должно будет осуществляться длительное наблюдение. Однако
риск развития новой эпидемии ставит больше этических и практических проблем,
чем может обеспечить предполагаемый контроль за контактами каждого реципиента
ксенографта. Что может обеспечить полноту такой информации? Что нужно практически
предпринимать при таких контактах? Как диагностировать новые заболевания,
передающиеся половым путем?
Как медицинская процедура ксенотрансплантация
может принести некоторую выгоду отдельному больному и создать угрозу для
общества в целом. Этот парадокс не является новой этической проблемой.
Временную выгоду, приносящую затем неразрешимые в течение длительного времени
проблемы дает также порочная практика врачей к чрезмерному назначению антибиотиков.
Состояние больного в конкретный момент обычно улучшается, но мир
оказывается наводненным мультирезистентными микробами. Близорукость ксенотрансплантологов
не должна быть безразличной для всех остальных.
В будущем следует ожидать углубления
исследований по обработке культивируемых человеческих клеток «ex vivo»,
чтобы полностью отказаться от использования животных. Обсуждается вопрос
о необходимости криоконсервации стволовых клеток, содержащихся в крови
пупочного канатика у каждого новорожденного, чтобы впоследствии их можно
было использовать у того же самого человека. Кроме того, возможно клонирование
из соматических клеток взрослого организма, как показал пример овечки Долли,
а оно может использоваться для выращивания функционирующих человеческих
тканей и в конечном счете органов. С углублением представлений о репрограммировании
клеточной дифференцировки, больные смогут получать органы как «аутографты»,
что сделает ксенотрансплантацию ненужной, хотя такие технологии лечения
в настоящий момент еще не могут быть практически выполнимыми.
Примечание: сейчас, в 2001 году, в США и UK уже принимаются конкретные решения по
юридическому оформлению процедуры клонирования человеческих эмбрионов с целью их
использования для терапевтических целей.