Estudio de la Inmunologia del transplante.

Módulo:
Inmunología del
trasplante
“Inmunología clínica” Universidad de Alcalá
Dr. Alfredo Prieto Profesor de Inmunología
Los libros de texto recomendados son Fundamental Immunology
e Immunobiology.
Unidad mixta
CSIC/UAH
IMMPA
Instituto de Medicina Molecular
Príncipe de Asturias
Actualizado 22 Septiembre , 2006
Rechazo a trasplantes
Intentar responder a estas
preguntas usando los materiales y
otras fuentes
• ¿Que mecanismos intervienen?
• ¿Por que son tan inmunogénicos los
transplantes?
• ¿Es mejor un donante relacionado
familiarmente o donantes no
relacionados?
• ¿Es buena idea transplantar a una madre
órganos de sus hijos?
1
Inmunología del trasplante:
Esquema del tema
1. Rechazo de trasplantes y tolerancia
2. Leyes del trasplante
3. Tipos de trasplantes
4. Rechazo: proceso, mecanismos, tipos.
5. Prevención y tratamiento del rechazo
6. Complicaciones de la inmunosupresión
7. Enfermedad injerto contra huésped
8. Los trasplantes xenogénicos
1. Rechazo de trasplantes
¿Qué es?
•
Respuesta inmune de un receptor contra
un injerto
¿Qué lo estimula?
1. Se produce cuando el sistema inmune del
receptor detecta en el injerto moléculas
extrañas (diferencias genéticas) o falta de
moléculas propias (MHC)
¿Qué tipos de
moléculas?
2. Las principales dianas del rechazo son las
moléculas de histocompatibilidad extrañas
¿Cuál es
el resultado?
al receptor, los antígüenos de grupo
sanguineo y proteínas polimórficas.
3. El rechazo destruye el injerto.
2
Dianas y efectores del
rechazo
1. Azucares no propios (grupo sanguíneo)
1. anticuerpos naturales
2. Moléculas de histocompatibilidad
alogénicas
1. Linfocitos T alorreactivos
3. Proteínas antigénicas con secuencias
extrañas
1. Linfocitos T
4. Carencia de moléculas de
histocompatibilidad propias
1. Células NK
Papel de las moléculas de histo-compatibilidad
(MHC) alogénicas en el rechazo
•
Las moléculas de MHC alogénicas son muy
inmunogénicas
1. Educación tímica
selección de timocitos que
reconocen las moléculas de histocompatibilidad
propias con baja afinidad
2. Eliminación de los que las reconocen con alta
afinidad
3. Se
genera
un
repertorio
tolerante
con
las
moléculas de histocompatibilidad propias pero
no con las de un futuro donante.
3
Ejemplos de desarrollo de
tolerancia
• En
mellizos
uniplacentarios
(transfusión placentaria)
• En individuos que han recibido un
trasplante de médula ósea
• En
animales
transgénicos
para
moléculas de histocompatibilidad se
produce tolerancia a moléculas de
histocompatibilidad transgénicas.
2. Leyes del trasplante Georg Schöne
(Heteroplastic and Homoplastic Transplantation, 1912):
1. El transplante en otra especie (xenogénico) es rechazado
siempre.
2. Los trasplantes a miembros sin relacionar de la misma
especie (alogénico) casi siempre son rechazados.
3. De modo lento la primera vez y acelerado en las sucesivas
(memoria).
4. Los autotrasplantes (autólogos) no son rechazados
(autotolerancia).
5. A mayor consanguinidad (identidad genética) entre donante
y receptor menor será la probabilidad de rechazo.
6. Estas reglas son válidas para tejidos normales y tumorales.
4
Primeros estudios de base
genética del rechazo
Salvajes
2 Cepas Consanguíneas
(homozigotos)
AA x CC
AB x CD
AC
AD
BC
BD
25% hermanos
histocompatibles
AC AC AC AC
100% hermanos
histocompatibles
Experimentos de
histocompatiblidad con ratones
singénicos y congénicos
• BALB/C. C57bl.
• Permitieron la localización genética del
complejo mayor de histocompatibilidad
• Demostraron que el rechazo es una reacción
del sistema inmune que:
– genera memoria donante especifica
– y puede transferirse con trasplantes de células T
– Determinado por genes ligados de herencia
autosómica y de expresión codominante
5
3. Tipos de trasplante
• No generan rechazo
–Autogénico o autólogo a uno mismo (trasplantes de piel)
–Isogénico entre individuos genéticamente idénticos
(gemelos)
• Genera rechazo y requiere inmunosupresión
–Alogénico o heterólogo entre individuos distintos de una
misma especie
• Con relación consanguínea alelos en común
• Sin relación consanguínea
–Xenogénico entre individuos de especies distintas
Trasplantes exitosos en humanos
•Isotrasplante
Entre individuos genéticamente idénticos
(Joseph Murray 1954 trasplante renal entre gemelos idénticos). La
cirugía estaba ya a punto ha ce 50 años.
•Alotrasplante
–Entre individuos compatibles en AB0 y MHC A, B, C y DR. Desde
que se disponen de fármacos inmunosupresores
–Salen mejor con individuos relacionados familiarmente.
–En países donde no hay donantes cadáveres (Japón) se están
realizando trasplantes entre hermanos compatibles para MHC
pero no compatibles para AB0. Se dializa sangre del receptor
para retirar anticuerpos. Se matan células B para que no
produzcan anticuerpos. Alternativamente compran órganos en
China.
6
Trasplantes fracasados
(por ahora) en humanos
• Xenotrasplante
• Entre individuos de distintas especies
• Intentos
con
órganos
de
simios
(chimpances, babuinos han fracasado
cómo solución definitiva)
• La
inmunosupresión
requerida
es
incompatible con la inmunocompetencia
antiinfecciosa, los trasplantados fallecen
de
infecciones
por
saprofitos
y
oportunistas
4. Proceso de rechazo
1. Fase eferente: El material antigénico del injerto es recogido
por células dendríticas y transportado por los vasos linfáticos
aferentes.
2. Fase central: Los linfocitos T y B se activan en los ganglios
linfáticos en respuesta al material antigénico.
3. Fase eferente: Los anticuerpos producidos y los linfocitos T
activados vuelven a través de los linfáticos eferentes a la
sangre, desde donde infiltran y destruyen el órgano.
7
Mecanismos de rechazo
1. Anticuerpos preexistentes. Frente a:
– Azucares no propios.
–
Antígenos de recuerdo que inmunizaron previamente
2. Presentación por vía directa por DC del donante
(DCD).
Aloreconocimiento
de
moléculas
de
histocompatibilidad extrañas.
3. Presentación por vía indirecta por DC del
receptor (DCR). Reconocimiento de antígenos del
donante presentados por DC propias en moléculas
de histocompatibilidad propias.
Activación de los linfocitos T en los transplantes:
• En respuesta a las moléculas de histocompatibilidad
alogénicas
• 1. Presentación directa por APCs del donante (DAPCs)
• Molécula de histocompatibilidad alogénica es reconocida por
TCR con alta afinidad (linfocitos no han sido
educados/seleccionados por las moléculas alogénicas)
• 2. presentación indirecta por APCs del receptor (RAPCs)
• Péptido de la molécula de histocompatibilidad es procesado
y presentado en una molécula de histocompatibilidad propia
• DAPC
•RAPC
• Presentación directa (aloMHC)
•Presentación indirecta (autoMHC
(autoMHC))
MHC péptido TCR
MHC péptido TCR
8
Tipos de rechazo (Cinética)
• Rechazo hiperagudo. En menos de 24 horas.
• Rechazo agudo. En los primeros tres meses.
• Rechazo crónico. Rechazo tardío posterior a tres
meses.
R. Hiperagudo (anticuerpos preexistentes)
R. Agudo (reacción alogénica a presentación directa)
R. Crónico (reacción a antígenospor peresentación indirecta)
1
90
Mecanismos de los tipos de rechazo
• Rechazo hiperagudo.
• Anticuerpos preexistentes frente a azucares ABO, MHC o
azucares xenogénicos.
xenogénicos.
• Antígenos
de
recuerdo
que
inmunizaron
previamente:
Embarazos o transfusiones o trasplantes previos
•
Unión a endotelio activación del complemento y de la
coagulación: trombosis vascular y hemorragia.
Y
Y
Y
Y
oxí
oxígeno Necrosis fulminante
Y
•Falla aporte nutrientes y
9
Mecanismos de los tipos de rechazo
• Rechazo agudo. APCs del donante (vía directa)
presentan antígenos y activan a linfocitos T alo-reactivos frente
a moléculas de histocompatibilidad del receptor.
• Modelo In vitro: Mixed Lymphocyte Reaction APC
donante + T receptor
• Medición: IFNγ, prol
Donor
• Frecuencia cels.
DC/APC
respondedoras
CD80
CD86
• ELISPOT, CFSE, LDA
Recipient
T cell
CD28
Vía Directa
Mecanismos de los tipos de rechazo
• Rechazo crónico. Rechazo tardío posterior a tres
meses.
• APCs del receptor (vía indirecta) capturan y presentan
antígenos del donante a linfocitos T del receptor.
• Modelo in vitro Ag de donante + APC receptor +
T receptor
Donor
cells
Procesamiento
AloMHC
CD4
Recipient
APC
Recipient
CD4+ T cell
Indirecta
10
4. Prevención y tratamiento del
rechazo: rechazo hiperágudo
•
¿Por qué prevención? Una vez iniciado no responde a ningún
tratamiento
•
Se
puede
prevenir,
no
realizando
transplantes
entre
individuos:
1.
De distintas especies o grupos sanguíneos.
2.
O que puedan haberse inmunizado previamente en embarazos o
transfusiones sanguíneas.
3. Acondicionamiento
Inmunoadsorción
de
del
anticuerpos
receptor
anti
grupo
sanguíneo primero en España hace un año.
Prevención y tratamiento del
rechazo agudo
• Se puede prevenir
– Eligiendo donantes y receptores histocompatibles
– Eliminando del injerto las APCs del donante. Perfusión
anticuerpos anti DC
• Se puede tratar
– Tratamiento inmunosupresor con altas dosis de esteroides
– Anticuerpos anti-linfocitos T (OKT-3).
11
Prevención y tratamiento
del rechazo crónico
•
Su frecuencia disminuye con
1.
Prevención:
•
2.
elección de donantes y receptores histocompatibles.
Tratamiento inmunosupresor triple
1.
con ciclosporina A, azatioprina y corticoesteroides.
Estrategias de prevención y manejo
del rechazo en el trasplante
1. Disminución de la inmunogenicidad
– Compatibilidad antigénica
•
Sistema ABO anticuerpos naturales
•
Moléculas de histocompatibilidad de clase I y clase II. Tipaje de
moléculas de histocompatibilidad. A, B, C y DR previene reacciones
de células T. Da trabajo a inmunólogos de guardia
2. Tratamientos inmunosupresores
– Inhibición de linfocitos T
– Inhibición de linfocitos B
– Inhibición de la inflamación
12
Nivel de histocompatibilidad y
Ejercicio: Interpretad esta figura
Supervivencia de los transplantes
75%
gemelos
4-6 dif
35%
Semivida en años de los trasplantes
renales en función de diferencias genéticas
• Con relación familiar
– Gemelos idénticos
24.9
– Hermanos compatibles (2 hap) 0 dif 50% resto 14.2
– Hermanos hemicompatibles (1 hap en común) 4 difs
12.9
• Sin relación familiar
– Ajuste perfecto MHC (0 difs)
– 1-3 diferencias
– 4-6 diferencias
14.5
9
7.8
13
Tratamientos inmunosupresores:
Inhibición de linfocitos T
• Toxinas metabólicas: Azatioprina y ciclofosfamida
eliminan células proliferantes. Eliminan linfocitos T y B
• Se han descubierto recientemente nuevos mecanismos de acción de la
azatioprina sobre proteínas G que regulan la degranulación del macrófago
y la coestimulación del infocito T a través de CD28.
• Anticuerpos :
– OKT3 (producido por un hibridoma de ratón) activa
el complemento y mata linfocitos T
– Sistema inmune forma Anti-anticuerpos contra
epítopos de Ig de ratón (murina)
– Anticuerpos humanizados evitan este problema.
Azatioprina y ciclofosfamida
14
Inhibición de linfocitos T
• Inmunosupresores: Ciclosporina, FK506 y Rapamicina
– La ciclosporina el agente inmunosupresor más importante en la
práctica clínica, con ella comienza la era moderna en el trasplante.
• Inhibe la transcripción de la interleucina, bloquea el crecimiento y
diferenciación de células T dependiente de la IL-2 .
• Inconveniente toxicidad renal considerable.
– FK506 Margen terapéutico más amplio. Streptomyces FKBP (tacrolimus)
– Rapamicina Streptomyces Rapa nui inhibe transducción desde IL2R (Sirolimus)
Mecanismo de acción de sirolimus
(rapamicina) mTOR-IL-2, tacrolimus
FK506 CaN-TCR y ciclosporina CaN-TCR
IL-2R
TCR
15
Tratamientos
inmunosupresores:
Inhibición de linfocitos B
• Rapamicina (sirolimus)inhibe señalización IL-2 e IL-4
• DUP 785(Brequinar) un inhibidor nocompetitivo de la
dihidroorotatodeshidrogenasa mitochondrial
• 15-deoxispergualina (spanidin) detiene la maduración de
linfocitos T y B
• Anti-CD20 Anticuerpo especifico del antígeno de células
B CD20
Inhibición de la inflamación
• Bloqueo de transcripción y secreción de
citocinas
• Corticosteroides
– Inhiben síntesis de IL-1, IL-6 y TNFα. Producción de
prostaglandinas, oxígeno u óxido nítrico.
– Reducen la activación de células endoteliales.
• Nuevos agentes antinflamatorios:
– Antagonistas del TNFα
• Anticuerpos anti TNFα Infliximab
• Receptores solubles de citocinas TNF-Rs Enbrel (Etanercept)
16
Corticosteroides
– Inhiben síntesis de IL-1, IL-6 y TNFα. Producción
de prostaglandinas, oxígeno u óxido nítrico
– Reduce activación de células endoteliales.
x4
Remicade : de velopment clinical dat a - F. Cornillie, Ph. D. Centocor Europe
Chimeric A2 (cA2) Monoclonal Antibody
Infliximab
Mouse
(Binding Site for TNFα)
κ
Human (IgG1)
• Chimeric (mouse/human)
IgG1 monoclonal antibody
κ
• Binds to TNFα with high
affinity and specificity
Knight J M, et al. Molecular Imm unology. 1993 ; 16:1443 -53.
Groupe d’Etude Thérapeutique des Affections Inflammatoires du tube Digestif ( GETAID) - Réunion investigateurs - Paris le 26/02/00
17
TNF I NHI B I TI ON WI TH ENB REL
®
(et a n er c e p t )
Receptor soluble para TNF α
ENBREL Inhibits Activation
of Cell-Surface Receptors
ENBREL has been designed to
complement the body’s natural
inhibition of TNF 1
TNF
TNF
ENBREL
ENBREL
Reference: 1. Data on file, Immunex Corporation, Seattle, Wash.
5. Complicaciones de la
inmunosupresión
1. Infecciones
por
patógenos
oportunistas
citomegalovirus
–
Tratamientos combinados (coctel ) profilaxis infección
2. Neoplasias causadas por virus: linfoma de células B,
carcinoma epidermoide de la piel y el sarcoma de
Kaposi.
3. Enfermedad injerto contra huésped (en BMT)
18
6. Enfermedad injerto contra huésped
(Graft Versus Host Disease)
•
En
pacientes
transplantados
inmunodeprimidos los linfocitos del donante reconocen
moléculas de histocompatibilidad del huésped
extrañas y atacan sus tejidos.
• Prevención
• Eliminando los linfocitos T “maleducados”
del injerto
• Depleción con OKT-3
Efectos benéficos de la GVHD: GVL
• Los pacientes de leucemias sometidos a BMT
heterólogo que sufren GVHD tienen menor frecuencia
de recidivas
• La enfermedad GVHD tiene un efecto antileucémico.
Graft Versus Leukemia (GVL)
• Linfocitos T del donante se usan como terapia contra
las leucemias recidivantes
• Hay que evitar desarrollo de GVHD severa.
19
Control de GVHD y GVL por
terapia génica
• Control de la dosis de linfocitos T
infundidos
• Administración de linfocitos T de
donante transfectados con un gen de
suicidio celular condicional
• Timidina kinasa
• Cuando han hecho efecto GVL, los
linfocitos T se matan tratando al
paciente con Ganciclovir
Xenotrasplante desde
suidos a humanos
“El corazón que más se parece al del hombre .
..
. . . es el del cerdo”.
20
La promesa del
xenotrasplante
• Robert Penington un chico de 17 años sufrió un
fallo hepático fulminante moriría en unas horas
a menos que fuera trasplantado
• Hicieron que su sangre fuera depurada por un
hígado de cerdo durante seis horas y media el
tiempo necesario hasta que se le pudo
trasplantar un hígado humano.
• Robert sobrevivió y la tecnología que salvo su
vida podría revolucionar la medicina.
Se necesitan más órganos
para trasplantar
• 20,000 (Norte) Americanos reciben cada año
transplantes de órganos que les salvan la vida.
• La mayoría de los órganos proceden de cadáveres
cuyos familiares han aprobado la donación.
• 50,000 americanos empeoran mientras esperan un
órgano salvador—de ellos 4,000 mueren cada año
esperando el órgano que salvaría su vida.
21
7. El trasplante xenogénico
El trasplante xenogénico de órganos patentados es la
panacea a la carencia de órganos
y va a ser un gran negocio para los accionistas de las
biotecnológicas
que
patenten
los
animales
transgénicos para trasplante
Solomon Brothers Calculaban 6.000.000.000 $ en 2010
La fecha se acerca y todavía no se gana un euro
Ventajas del cerdo sobre los
simios
1. Tamaño apropiado
2. Crianza industrial: camadas múltiples, crecen
rápido
3. Menos protestas de defensores de derechos
de los animales
4. La distancia genética dificulta saltos de
patógenos xenozoonosis (ej. HIV, vacuna
polio con riñones chimpances, gripe aviar)
5. Podemos criarlos en ausencia de patógenos
6. Hay cepas inbred del cerdo enano.
22
¿No hay ningún crítico?
• La distancia genética también dificulta la
tolerancia
• Los PERVs (Porcine endogenous retroviruses)
se transmiten a hijos con material genético
• Los
ERV
se
activan
en
humanos
inmunosuprimidos
• Células de cerdos van a vivir 20 o 30 años en
humanos muy inmunosuprimidos
• Los virus contenidos en los cromosomas
pueden activarse y empezar a infectar y matar
humanos
• Los riesgos actuales son incalculables
Mecanismos que intervienen en
el rechazo de xenotrasplantes
1. Anticuerpos naturales
2. Agresión por el complemento
3. Rechazo retardado por células NK y
macrófagos
4. Rechazo por linfocitos T
23
1. Anticuerpos naturales
• Los
producimos
Frente
a
carbohidratos
terminales
no
presentes en nuestras células pero si en patógenos y otros
animales
•
Activan complemento provocan rechazo hiperágudo mousse
• Antígeno H en humanos con residuo fucosa en cerdos tiene un
residuo α−galactosa.
• Humanos producen anticuerpos naturales anti α−galactosa
que reaccionan con endotelio de los vasos de cerdo.
C1
Hu
ma fucosa
nE
C
α-gal
C
gE
i
P
El bombazo mediático de los
cerdos genéticamente modificados
1. Cerdos KO para la α galactoxidasa no transfieren el
residuo galactosa a su antígeno H.
2. Cerdos transgénicos KIn para fucosiltransferasa
que coloca fucosas en sus moléculas de antígeno H.
•
Nuestra compañía esta superando las
dificultades técnicas, compren acciones ahora
que están baratas y fórrense cuando suban.
24
Agresión por el complemento
• Complemento humano no se inhibe por
células de cerdo.
• Cerdos
transgénicos
para
proteínas
inhibidoras del complemento humano
(factor
acelerador
del
consumo
de
complemento o CD59).
Rechazo retardado por
células NK y macrófagos
• Células del cerdo no expresan moléculas de clase I
humanas.
• NK detectan falta de moléculas de clase I propias, se
activan producen TNFα, LT, e IFNγ que activan a los
macrófagos.
• Habría que inhibir respuestas de NK con transgenesisis de
ligandos de KIR o transgenizar al cerdo con MHC del receptor,
brazo corto cromosoma 6.
25
Rechazo agudo por linfocitos T
• Respuesta de linfocitos T frente
histocompatibilidad xenogénicas.
a
moléculas
de
• Las células T humanas presentan reacción cruzada con
moléculas de MHC del cerdo.
• Habría que transgenizar al cerdo con las moléculas de
histocompatibilidad del receptor y eliminar las endógenas
• Transgenizar a los humanos para que expresarán moléculas
de histocompatibilidad de cerdo en el timo y aprendieran a
tolerarlos
Rechazo crónico por linfocitos T
• Respuesta de linfocitos T frente a péptidos de
proteínas de cerdo
• Habría que sustituirlas por las proteínas
humanas homólogas del individuo receptor.
• El resultado de tanta transgenización
• ¿sería un cerdo o un humano?
26
Modelo animal para testar
aceptabilidad de órganos de cerdo
• Actualmente
no
es
ético
hacer
transplantes de cerdos a humanos.
• Trasplante de órganos de cerdo a monos
babuinos o primates no humanos.
• Se les retiran los anticuerpos antigal del
plasma así se evita rechazo hiperágudo
hasta que se regeneran
anticuerpos
antigal
• Usando estos trucos los órganos de
cerdos transgénicos sobreviven varias
semanas en babuinos.
Condicionamiento del receptor
• Para que tolere un injerto.
• Ildstad induce “tolerancia” infundiendo células
de médula ósea del donante.
• Si las células del donante sobreviven y
producen células sanguineas maduras, el
sistema inmune del receptor se vuelve
“quimerico”
• Ildstad ha realizado tres trasplantes de
corazón utilizando esta técnica
• En experimentos con ratas y ratones, ella ha
mostrado que inducir un sistema inmune
quimérico ayuda a los receptores a tolerar a los
xenotransplantes.
27
El negocio del xenotrasplante
• Diferencia entre órganos disponibles y
necesarios es de 50.000 en US y crece
7.500 por año
• La promesa del cerdo transgénico fuente
inagotable de órganos
• “By 2010 xenotransplantation could be
part of a $6 billion market” 1996
Solomon Brothers
• Compañías biotecnológicas han invertido
mucho dinero en xenotrasplante dinero
que no se ha convertido en beneficios
Xenotrasplante:
Panacea o cáliz venenoso
Cuestiones éticas
• Conflicto entre derechos individuales y los de la
sociedad.
• Lo que puede ser ventajoso para un
trasplantado o un accionista puede suponer un
riesgo para la humanidad.
• Virus porcinos y retrovirus endógenos porcinos
(PERVs) podrían saltar la barrera de especie
desde el órgano de cerdo a los humanos (como
gripe española).
• Los virus no respetan fronteras, las decisiones
en un país pueden dañar enormemente a otros.
28
Evidencias experimentales
• PERVs infectan células humanas in vitro.
• PERVs de órgano trasplantado a ratón
son capaces de infectarlo.
• Ahora se usa la no transferencia de
PERVs como control de calidad.
¿Quien debe decidir?
• Opiniones publicas carecen de formación e información,
se forman y manipulan en un vacío de información
objetiva.
• “Los tomates normales no tienen genes, mientras que
los modificados genéticamente si los tienen”
• Europa
– 35% del publico dice que es cierto
– 30% No sabe no contesta
• Organismos internacionales formados por expertos
designados por los lideres electos.
• Presiones de industrias biotecnológicas sobre opinión
publica y sobre expertos.
• Personajes que son simultáneamente expertosaccionistas y reguladores públicos.
29
¿Que alternativa se os ocurre
al trasplante de órganos?
• Regeneración de órganos con células
madre adultas autólogas
• No hay problema con el rechazo
• Hay otros problemas. Se os ocurre
cuáles pueden ser.
Últimos consejos
1. Sed críticos cuando leáis noticias acerca de
los avances en el campo del xenotrasplante y
las células madre pues hay fuertes intereses
en manipular a la opinión pública.
y amigos
2. Aconsejar a vuestros padres
adinerados que no compren acciones de
empresas biotecnológicas centradas en el
xenotrasplante pues podrían perder mucho
dinero.
3. Yo invertiría mejor en células madre o mejor
todavía en un plan de pensiones garantizado
por el BBVA
30
Repaso
• ¿Que significa GVHD?
• ¿y GVL?
• ¿Que es una quimera?
• ¿Puede tener efectos benéficos la
GVHD?
• ¿Puede utilizarse terapéuticamente la
GVL?
31