Xenotrasplante: obstáculos y perspectivas

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CONFERENCIA CLÍNICA
Editor: F. Cardellach
Caso: 51-2001
41.599
Xenotrasplante: obstáculos y perspectivas
Jaume Martorell
Servicio de Inmunología. Institut Clínic d’Infeccions i Inmunologia (ICII).
Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS). Hospital Clínic. Barcelona.
La necesidad de utilizar órganos de animales para su trasplante en humanos surge como consecuencia de los buenos resultados obtenidos en el alotrasplante. Un órgano trasplantado en España tiene hoy una probabilidad superior al
75% de seguir funcionando después de un año, probabilidad que llega al 85% en el caso del riñón. Estos buenos resultados determinan que las indicaciones de trasplante crezcan y, como consecuencia de ello, aumenta el número de
pacientes en lista de espera. En los EE.UU. la lista de espera
para trasplante renal se ha triplicado, pasando de 16.000 en
1989 a 47.000 en 1999, al tiempo que el número de trasplantes de cadáver realizados apenas se ha modificado (de
7.000 en 1989 a 8.000 en 1999) (www.unos.org). En España el desequilibrio no es tan evidente, pues hay unos 4.000
pacientes en lista de espera (de los 20.000 que están en
diálisis) y en el año 2000 se realizaron casi 2.000 trasplantes renales (www.msc.es/ont). A pesar de ello, el desequilibrio entre oferta y demanda existe en todo el mundo y obliga
a plantearse la posibilidad de buscar nuevas fuentes de órganos; el xenotrasplante es una de estas posibles fuentes.
Según la Food and Drug Administration (FDA), por xenotrasplante se entiende «cualquier procedimiento que implique el trasplante, implante o infusión en receptores humanos de células, tejidos u órganos procedentes de animales
no humanos, o bien fluidos corporales, células, tejidos u órganos humanos que hayan tenido contacto ex vivo con células vivas, tejidos u órganos no humanos».
Los intentos de realizar xenotrasplantes no son nuevos. En
los años veinte Voronof1 inició en París trasplantes con tejidos de primates a humanos que hoy se consideran pioneros. Más recientemente, algunos cirujanos han realizado implantes de órganos de primates no humanos a humanos
que han sobrevivido hasta un máximo de 12 meses2.
Obstáculos del xenotrasplante
La realización de trasplantes procedentes de animales presenta, sin embargo, variados e importantes problemas:
a) de rechazo inmunológico; b) de compatibilidad metabólica; c) por posible transmisión de infecciones entre donante
y receptor; d) de carácter ético y social, y e) por disponibilidad de los donantes. Estos problemas son diferentes según
la pareja donante-receptor que se considere. La especificidad de especie es una de las principales dificultades de la
investigación en xenotrasplante; así, las conclusiones sobre
compatibilidad inmunológica o metabólica en modelos de
cobaya-rata pueden tener muy poco que ver con las conclusiones de modelos en que el donante es un cerdo y el receptor un primate.
A medida que aumenta la distancia filogenética entre la especie donante y la receptora, algunos problemas como los
de rechazo inmunológico o metabólicos aumentan; por el
contrario, los problemas éticos o de transmisión de infecciones acostumbran a disminuir (tabla 1).
Las investigaciones en las que se utilizan como donantes a
primates no humanos se consideran actualmente poco justificadas, y en algunos países están incluso prohibidas por
presentar tres obstáculos importantes: a) la falta de disponibilidad de donantes, debido a la difícil reproducción en cautividad de los primates; b) los problemas éticos y sociales
derivados de la proximidad biológica, y c) el peligro de
transmisión de infecciones debido, precisamente, a la proximidad genética (tabla 1).
El modelo que parece tener más posibilidades de pasar a la
clínica y del que disponemos de más datos es el de donante
cerdo y receptor primate (humano o no humano); éste será
el modelo de referencia para el resto del texto. En este modelo los obstáculos de disponibilidad o éticos son poco relevantes; en cambio, son muy importantes los problemas de
rechazo y metabólicos y el riesgo de transmisión de infecciones es motivo de un intenso debate.
Xenorrechazo
El xenoinjerto debe enfrentarse a 4 tipos distintos de rechazo: a) el rechazo hiperagudo (HAR, de hyper-acute rejection), debido a los anticuerpos naturales presentes en todos
los humanos contra un epítopo glucídico presente en todos
los cerdos: el Galα1-3Gal; b) el rechazo retardado (DXR, de
delayed xenograft rejection) mediado fundamentalmente
por monocitos y células natural killer (NK)3; c) un rechazo
desencadenado por linfocitos T, equivalente al rechazo celular agudo alogénico, y d) el rechazo crónico, del cual no
existen evidencias, dado que no se han conseguido supervivencias suficientemente prolongadas, pero es muy posible
que también exista (tabla 2).
TABLA 1
Obstáculos para el xenotrasplante
Conferencia celebrada el 17-5-2001 en el Hospital Clínic de Barcelona.
Correspondencia: Dr. J. Martorell.
Servei d’Immunologia (ICII). Hospital Clínic.
Villarroel, 170. 08036 Barcelona.
Correo electrónico: [email protected]
Med Clin (Barc) 2001; 117: 392-396
392
Rechazo
Incompatibilidad metabólica
Riesgo de transmisión de infecciones
Problemas éticos y sociales
Disponibilidad
*No humano.
Cobaya
↓
Rata
Primate*
↓
Humano
Cerdo
↓
Humano
++
++
+
-
++
++
++++
++++
+++++
++++
++++
+ (?)
++
+
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J. MARTORELL.– XENOTRASPLANTE: OBSTÁCULOS Y PERSPECTIVAS
Rechazo hiperagudo
El rechazo hiperagudo se debe a la presencia en los humanos de anticuerpos naturales contra el epítopo glucídico
Galα1-3Gal presente en el endotelio porcino. Estos anticuerpos, al reaccionar con el endotelio, activan el complemento, que induce activación y retracción del endotelio, con
la consiguiente exposición del subendotelio. Esta retracción,
junto con la disminución de la trombomodulina y el aumento del factor tisular, desencadena un rechazo hiperagudo
con microtrombosis intravasculares4,5.
Para evitar el rechazo hiperagudo se han ensayado diversas
estrategias que se pueden agrupar en tres apartados:
1. Actuaciones sobre el complemento. Se han utilizado inhibidores de la activación del complemento como el factor del
veneno de cobra, el receptor soluble del complemento
(sCR1) e inhibidores de membrana humanos CD55, CD59,
CD46 transfectados a cerdos5.
2. Actuaciones sobre los anticuerpos. Básicamente immunoabsorciones, bien sea ex vivo mediante plasmaféresis y
columnas de proteína A o de Galα1-3Gal, o más recientemente in vivo, utilizando una polilisina que contiene los epítopos Galα1-3Gal (GAS-914)6. También se han utilizado anticuerpos bloqueadores de ave (IgY)7 e incluso intentos de
bloquear la producción de anticuerpos induciendo quimerismo mediante trasplante de precursores hematopoyéticos8.
3. Actuaciones sobre el antígeno Galα1-3Gal. Básicamente
activando la α1,2fucosil transferasa (también llamada transferasa H) que enmascara el epítopo Galα1-3Gal9.
Las células humanas poseen en la membrana moléculas inhibidoras del complemento que las protegen de ser lisadas
por el complemento humano, concretamente CD55 (o DAF
de decay accelerating factor), CD59 (o MIRL de membrane
inhibitor reactive lysis) y CD46 (o MCP, de membrane cofactor protein). Las moléculas equivalentes del cerdo inhiben el complemento porcino, pero no el humano10.
La transfección a óvulos porcinos de la pequeña porción del
ADN humano que codifica para la secuencia de estos inhibidores del complemento ha permitido obtener cerdos que
expresan, en la membrana, inhibidores humanos; esto hace
a las células de estos cerdos más resistentes al complemento humano y relativamente menos sensibles al rechazo agudo (fig. 1).
Utilizando órganos porcinos que expresan CD55 humano se
ha conseguido mantener con vida primates no humanos.
Las supervivencias máximas han sido de 78 días en el trasplante de riñón11, de 39 días en el de corazón12 y de 8 días
en el de hígado13.
Rechazo retardado
En el xenorrechazo retardado (DXR) se produce una infiltración del órgano por monocitos y células con morfología tipo
NK. Según la mayoría de los autores se debe a una activación directa y mutua entre el endotelio porcino y los monocitos humanos, por una parte, y el endotelio porcino y las
células NK humanas, por otra3,14-19. Algunos autores defienden que esta infiltración sería secundaria a la presencia de
anticuerpos y prefieren llamarlo AVR (acute vascular rejection)5,20, aunque esta denominación induce a cierta confusión por su similitud con el rechazo vascular agudo del alotrasplante, del que muy probablemente difiere de forma
significativa en mecanismos fisiopatológicos.
La activación de los monocitos se debe, por lo menos en
parte, a la capacidad activadora sobre los monocitos del antígeno Galα1-3Gal21. Por otra parte, el factor de necrosis tu-
Animales transgénicos para inhibidores humanos
del complemento
C567 > > C56789
Humano
C3 > > C3b
Destrucción
C4b-2a
C8 C9
hCD59
hCD55
C3b C4b
hCD46
Cerdo
Fig. 1. Los cerdos transgénicos, que expresan proteínas inhibidoras del complemento, son menos sensibles al rechazo inducido por anticuerpos naturales. El hCD55 disocia la convertasa C4b2a y evita la formación de C3b. El
hCD59 secuestra C8 y C9, evita así la formación de la unidad lítica C56789.
El hCD46 es un factor para el factor inactivador de C3b y C4b.
Cerdo común
Gal
Gal
GlcNAC
Anticuerpo natural
Cerdo transgénico α (1,2)-Fucosil-transferasa
Gal
Gal
GlcNAC
Fuc
Fig. 2. La transfección de fucosil-transferasa en el cerdo determina la incorporación de una fucosa el epítopo Galα1-3Gal, con lo que se evita la unión
de los anticuerpos naturales y la activación de los monocitos. Gal: galactosa;
G1cNAc: N-acetilglucosamina; Fuc: fucosa.
TABLA 2
Tipos de xenorrechazo
Tipo
Mecanismo
Hiperagudo
Retardado
Agudo
¿Crónico?
Anticuerpos naturales anti-Galα1-3Gal + complemento
Monocitos, células natural killer, ¿anticuerpos?
Linfocitos T, ¿anticuerpos?
(?)
moral α (TNFα) humano tiene la capacidad de inducir E-selectina en el endotelio porcino, molécula de adhesión que,
además, es funcional con los ligandos humanos19, lo que facilita la adhesión de los monocitos.
En el caso de activación de las células NK, es posible que
también desempeñen algún papel los epítopos glucídicos22-24.
Por otro lado, parece que los antígenos del complejo mayor
de histocompatibilidad (MHC)-clase-I porcinos (SLA, de swine leucocitary antigens) no pueden proporcionar a las células
NK humanas las señales inhibitorias de la citotoxicidad que
regularmente reciben de las moléculas HLA-I a través de sus
receptores KIR (killer inhibitory receptors)25.
Para controlar el rechazo retardado se han utilizado fundamentalmente dos estrategias. Por un lado, modificar la mo-
393
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MEDICINA CLÍNICA. VOL. 117. NÚM. 10. 2001
lécula activadora de los monocitos Galα1-3Gal21, y por otro,
transfectar moléculas con capacidad de inhibir las células
NK, concretamente HLA-G26-28.
La transfección de la α1,2fucosil transferasa enmascara el
epítopo Galα1-3Gal con un residuo de fucosa (fig. 2); esta
modificación disminuye la adhesión de los monocitos humanos21, al tiempo que reduce la diana de los anticuerpos
naturales y la activación de las células NK22,24.
Utilizando cerdos triple-transgénicos para los inhibidores del
complemento CD55 y CD59 y para la α1,2fucosil transferasa, se ha conseguido realizar trasplantes de riñones a primates que sobreviven más de 5 días en ausencia de inmunodepresores, si bien finalmente son rechazados por
infiltración de linfocitos T y B9,29. También con la intención
de evitar el rechazo retardado se ha transfectado a células
porcinas el ADN que codifica para HLA-G un antígeno de
histocompatibilidad humano «no clásico», que cuando se
une a los receptores de la células NK proporciona una señal
que inhibe la citotoxicidad celular directa de las NK inhibiendo la liberación de perforina y granzima B y, por tanto,
la lesión de las células porcinas transfectadas26,27.
En nuestro laboratorio hemos analizado diferentes aspectos
básicos de la xenorrespuesta de humano frente a cerdo. Entre nuestros hallazgos se encuentra el hecho de que los monocitos humanos pueden activar el endotelio porcino induciendo en este la producción de óxido nítrico (NO). La
activación inducida por los monocitos es distinta de la que
inducen los anticuerpos naturales y de la que produce el
TNFα humano30. Por otra parte, también hemos investigado
un modelo de reconocimiento celular directo de una línea B
porcina (L14) por los linfocitos T humanos, y hemos demostrado un aumento de detección de interleucina (IL)-2 en los
sobrenadantes de estos cocultivos, en comparación con
cultivos alogénicos. Utilizando células porcinas transfectadas con CD80 y CD86 humanos hemos descartado que
haya un déficit de funcionamiento del sistema CD80/CD86
con CD28/CD152 de señales accesorias31.
Hace algunos años, varios grupos y nosotros mismos32 llevamos a cabo diversos estudios con el fin de definir la compatibilidad entre ligandos y receptores de las moléculas de
membrana humanas y porcinas. Hoy ya se sabe que la mayoría de las que proporcionan señales accesorias son compatibles entre cerdo y humano. Desgraciadamente, la señal
entre SLA-I y el receptor de las células NK no funciona correctamente33. Respecto a las moléculas de adhesión, si
bien no todas son compatibles, sí lo son las suficientes para
que exista una correcta migración transendotelial de los leucocitos humanos a través del endotelio porcino34,35.
Compatibilidad metabólica
Los problemas de compatibilidad metabólica entre donante
y receptor evidentemente dependen del órgano que se trasplante. Existen indicios de que puede haber problemas en
la compatibilidad de la eritropoyetina renal36 y en la distribución de isoformas de la bomba de sodio en el corazón37.
Aunque no parece que existan dificultades en el mantenimiento del balance electrolítico ni del equilibrio ácidobase por el riñón, ni en la excreción de ácidos biliares por el
hígado38.
El trasplante de islotes pancreáticos es un caso especial.
Por una parte, no existen problemas de endotelio y, por
otro, la función que se requiere del injerto es relativamente
simple: detectar concentraciones de glucosa y secretar la
insulina correspondiente. En un experimento de trasplante
de islotes fetales porcinos a humanos realizado en 1994 en
10 pacientes, se demostró que los islotes pancreáticos eran
394
relativamente insensibles al rechazo hiperagudo, pero no al
rechazo celular, por lo que acababan siendo destruidos por
linfocitos CD4+, células NK, monocitos y citotoxicidad celular dependiente de anticuerpo (ADCC) por anticuerpos inducidos. A pesar de ello, cuatro de los 10 pacientes presentaron producción de insulina, si bien ninguno alcanzó la
normoglucemia39.
Aspectos éticos y sociales
Los problemas éticos del xenotrasplante son de dos tipos:
unos vinculados al equilibrio entre el antropocentrismo y el
valor intrínseco de todas las especies animales, y otros vinculados al riesgo de transmisión de infecciones. Entre los
problemas ligados al antropocentrismo, los valores a mantener serían la conservación de las especies; una especial
consideración social para las especies más proximas y la
necesidad de reducir el sufrimiento animal tanto como sea
posible40. Estos valores no parecen necesariamente incompatibles con la realización de xenotrasplantes. La modificación genética de los animales suscita recelos en algunos
sectores de la población, pero parece ser aceptada por una
inmensa mayoría cuando se utiliza con fines terapéuticos.
Otro punto de posible conflicto ético reside en el riesgo de
transmisión de infecciones. Concretamente, preocupa el hecho de que todos los cerdos estudiados hasta ahora tengan
incorporado en su genoma el PERV-PK, un retrovirus porcino sobre cuya posible transmisión al ser humano todavía
existen dudas. Existe el temor de que en contacto con células humanas estos virus puedan infectarlas y sufrir algún
tipo de recombinación con el ADN humano que lo haga especialmente patógeno. Los datos que indican que este riesgo es posible se refieren, por un lado, a la transmisión de la
infección in vitro entre líneas de cerdo y líneas humanas y
entre líneas de cerdo y endotelio humano41-43 y, por otro, a
la transmisión por trasplante de islotes pancreáticos a ratones inmunodeficientes (SCID)44,45. Los datos que indican
que este riesgo es poco probable surgen de publicaciones
en las que se describe a pacientes que han estado en estrecho contacto con diferentes tejidos porcinos vivos. En
ningún caso ha podido demostrarse la transmisión del
PERV-PK a estos pacientes, a pesar de haberse buscado
repetidamente46-49.
Las decisiones éticas se basan en un equilibrio entre el riesgo y el beneficio y, en este caso, tanto uno como otro son
inciertos. Por esta razón varios organismos, tanto nacionales
como internacionales, han elaborado documentos para regular las precauciones que se deben tomar y los controles
que se deben realizar en los proyectos de investigación clínica en xenotrasplantes (tabla 3).
Pronosticar si el xenotrasplante va a convertirse en una alternativa terapéutica en un corto o medio plazo es muy difícil. Entre otras razones, porque su desarrollo no depende
TABLA 3
Recomendaciones sobre xenotrasplante
de distintos organismos
Consejo de Europa: State of the art report on xeno trasplantation
http://www.social.coe.int/en/qoflife/publi/artreport/tableart.htm
EE.UU., FDA: Use of xeno trasplantation products in humans
http://www.fda.gov/cber/gdlns/clinxeno0201.htm
UKXIRA: UK xeno trasplantation Interim Regulatory Authority
http://www.doh.gov.uk/ukxira.htm
OECD, OMS: International xeno trasplantation Policy
http://www.oecd.org//dsti/sti/s_t/biotech/xenosite/background.htm
España: Recomendaciones para regulación del xenotrasplante
http://www.msc.es/ont/esp/f_consejo.htm
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J. MARTORELL.– XENOTRASPLANTE: OBSTÁCULOS Y PERSPECTIVAS
tanto de las propias limitaciones como de la posibilidad de
que otras opciones terapéuticas den soluciones al mismo
tipo de problemas, de una forma más simple o eficaz. De
confirmarse en humanos las cualidades regenerativas descritas en el ratón para las células pluripotenciales de médula ósea50, la línea de investigación en xenotrasplante podría
ser superada. No obstante, los problemas que hay que solucionar en el campo de las células pluripotenciales son todavía de gran envergadura y no puede descartarse que algún
obstáculo importante reduzca o enlentezca las expectativas
creadas. Podría incluso suceder que fuera necesario algún
tipo de simbiosis entre ambas técnicas. Lo único cierto es
que, hoy por hoy, los receptores en lista de espera sólo pueden confiar en nuestra capacidad para aprovechar el mayor
número posible de donaciones de cadáver y en nuestra habilidad para cambiar el futuro.
Prof Ciril Rozman. ¿Cuál es la discordancia entre la oferta y
la demanda del trasplante en España?
Dr. J. Martorell. Respecto al trasplante de riñón, el problema en España no es en absoluto tan acuciante como en los
EE.UU., puesto que hay unos 4.000 pacientes en lista de
espera. En lo que se refiere a Cataluña, no ha habido un aumento sensible en la lista de espera en los últimos años, y
ésta se ha estabilizado en unos 800 pacientes desde hace
15 años; actualmente se vienen trasplantando unos 350 pacientes al año. Con todo, en lo que respecta al xenotrasplante el problema principal no es el trasplante de riñón,
que tiene terapias alternativas, sino el de corazón, en el que
no existe terapia alternativa y en el se había depositado una
gran esperanza. En el caso del hígado, las dificultades metabólicas tanto del sistema de la coagulación como del sistema del complemento pueden ser muy importantes.
Dr. Jordi Casademont. ¿Cuál es la situación del trasplante
de válvulas cardíacas procedentes de cerdo?
Dr. J. Martorell. Las válvulas cardíacas de cerdo que se utilizan son bioprótesis de tejido no vivo. El material que actualmente se utiliza procede de animales sometidos a un
análisis microbiológico minucioso y que se ha conservado
en nitrógeno líquido.
Dra. Carmen Gomar. La inoculación de islotes de células
pancreáticas procedentes de alotrasplante en pacientes con
diabetes mellitus ha generado una gran expectación social.
Con los datos disponibles hoy día, ¿cree que está justificada?
Dr. J. Martorell. Aunque el alotrasplante de islotes pancreáticos se viene realizando desde hace mucho tiempo, los
resultados no son demasiado espectaculares. Solamente la
inyección intrahepática de islotes alogénicos parece que
puede dar cierta esperanza. Sin embargo, experimentos recientes indican que existe la posibilidad de utilizar células
pluripotenciales de médula ósea para regenerar otros tejidos como el hígado o el corazón. Del páncreas no existen
datos, pero es una posibilidad. Podrían utilizarse células
pluripotenciales propias o con ADN reprogramado, es decir
ADN nuclear de célula diferenciada propia, reprogramado
en una célula o línea pluripotencial (en el Instituto Roslin,
en Escocia, parecen tener la tecnología necesaria); el problema reside en cómo dirigir la diferenciación. Si los problemas que comporta esta tecnología se solucionan, se podría pasar de una medicina del trasplante a una medicina
regenerativa.
Es difícil predecir cuál de las dos soluciones, la regeneración o el xenotrasplante, llegará antes. Hoy la regeneración
parece menos complicada que hace unos años. No se puede descartar que ambos campos del conocimiento converjan en algun momento.
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