捐助机构的持久挑战

对于数百万患有一型糖尿病和2型糖尿病的子群体来说,通过岛细胞移植取代丧失的胰岛素生成的β细胞,提供了一种潜在的疾病逆转途径。这一程序使患者能够实现近乎正常的葡萄糖控制,常常使他们摆脱频繁注射胰岛素并降低威胁生命的低血糖发作的风险。尽管在临床上取得了成功,但岛细胞移植仍然是有限的资源。现有的人类捐献者胰腺素移植数量远远不足以满足日益增长的需求,而这种缺口促使研究人员探索β细胞的替代来源。根据器官采购和移植网络,在美国每年只有不到2,000名死亡的捐献者胰腺素,而全球估计有160万人生活在一型糖尿病中。 这一短缺转化为等待已久的名单、疾病升级和可预防的死亡。 Xenopranation,活细胞、组织或器官从一个物种移植到另一个物种,已经成为一种最有希望的策略之一,可以克服这种短缺。通过利用基因工程、免疫学和动物运动,可以使治疗治疗是治疗。

岛细胞移植如何运作

岛细胞移植涉及将含有β细胞的Langerhans的细胞群从捐献者胰脏中隔离出,并注入接受者的肝脏的入门血管。一旦被刻入,这些黄细胞开始产生胰岛素,以应对血糖水平。这一程序在技术上比整个胰脏移植要少,而且手术风险也较低。候选人通常包括患有不可预测的低血压一型糖尿病的病人,尽管医疗管理是最佳的,但这种糖尿病仍会经历无法预测的低血压或严重代谢不稳定。2000年首次公布的所谓的Edmonton协议表明,通过结合无克诺素免疫抑制,可以在许多接受者中实现持续的胰岛素独立。然而,长期后续检查表明,葡萄功能往往会随时间而下降,大多数病人最终需要一些胰岛素支持,但只有50%左右的血糖依赖性,此外,终生免疫抑制使接受者面临更大的感染风险、肾上腺毒性和其他低的毒性,这些是可再生的。

为什么猪是首选的捐赠物种

猪长期被认为是将异能移植到人类体内的最佳动物捐赠者,它们的器官大小与人体器官相当,它们的生殖能力允许在控制环境中大规模生产,并且可以在确定的无病原体条件下饲养它们。关键是,猪胰岛素与人类胰岛素之间只有一分氨基酸,猪笼草对葡萄糖刺激的反应几乎与人类的岛状相同。1990年代早期异能移植尝试受到超急性排斥的阻碍,这种排斥是由人类先成型抗体与一种糖分子称为甘油α-1,3-藻类糖(α-gal)的相互作用所引发的。基因工程的出现极大地改变了这一局面。研究人员从此之后研制出缺乏α-1,3-甘油酸转移基因的猪,消除α-甲状腺突并大大地减少抗体诱发的排斥。此外,还引入了人类补充调控蛋白(如CD46、CD55和CD59)、抗凝血球分子和目前由人体组织进行免疫性防腐剂检测,从而进一步保护了人体的微生物。

捐赠猪的主要基因改变

  • Knockout of GGTA1: 去掉α-gal的缩写,防止猪到母体移植中出现高急性的拒绝. 这种单次修改是所有现代异性移植努力的基础.
  • 人补充调控蛋白:[ 表达hCD46或hCD55抑制能补充活化于受孕内分泌上,减少补充-中分泌损伤而导致的早期受孕损失.
  • 人血栓素和抗凝血因子: 减少被移植的地峡内血栓出血的风险,这是由即时出血的诱发性反应(IBMIR)导致早期发作失败的常见原因.
  • 免疫通路转基因: 例如,CTLA4-Ig或PD-L1的表达有助于对T细胞的反应进行降温,提供局部免疫保护而无系统免疫抑制.
  • PERV 失效:[ CRISPR 的编辑使得猪基因组中可以消除猪肉内生回肠病毒,解决了关键的安全关切. PERV 失效的所有62份拷贝的猪已成功被克隆.

弥合免疫鸿沟

尽管基因改变,免疫排斥仍然是长期Xeno移植成功的最大障碍,即使α-gal 击倒和补充调节,由T细胞、自然杀手细胞和巨噬细胞组成的细胞排斥阻力也构成巨大的障碍,正在探索克服这一障碍的一系列战略,一种办法是将聚氨酯的黄素封入半透膜,使氧气和营养物质能够进入并胰岛素退出,同时阻断免疫细胞和抗体。聚入膜消除了重系统免疫抑制的需要,并在临床前研究和早期临床试验中表现出希望。然而,聚入也可阻碍氧气的传播,导致中枢坏死和减少肠道存活。微封入膜的创新办法包括使用活性衍生物和巨噬装置,如Beta-O2系统,目的是改善氧气供应。替代战略包括将调节性T细胞或中枢干细胞共同移植,以形成一个能促进活性微生物。

详细封装技术

  • 缩写: 叶片被封入提供免疫的球形缩胶囊(直径300-400微米)中. 使用这种方法进行的临床试验已经证明安全,但由于纤维化,其长期重力有限.
  • macroencapulation: 象TheraCyte邮袋这样的装置在有免疫膜的平板舱内装有上百个小岛,这些装置在需要时可以取回,但氧气输送仍然是一个挑战.
  • 氧化还原活体脚手架: 新生物材料包含出氧化合物或直接血管化,以支持被封装的叶片活活和功能.

安全关切:动物和伦理方面

跨物种疾病传播的风险自开始以来一直是异性移植的核心关注点。 猪体内活性反转录病毒(PERV)被融入猪基因组,并可以感染人体细胞体外。 尽管临床试验中或接受过猪组织的病人没有记录到PERV传播,但理论风险促使监管机构需要仔细筛选和监测。 2017年,一个重大突破是,研究人员使用CRISPR-Cas9在猪细胞线上激活了所有复制的PERV,随后用完全无效的亲生基因组克隆了猪,这些动物提供了大幅降低的风险状况。 除了PERV之外,其他潜在的动物活性剂如多性细胞病毒、肝炎E病毒和细菌必须通过封闭、特别培育的母体来仔细排除。 2017年,美国食品和药品管理局(FDA)和欧洲药品管理局(EMA)等监管机构为异性移植临床试验制定了详细的指南,要求获得严格的前证据和长期后续治疗。

伦理因素也很多。 批评者提出了关于隔离设施中转基因猪的福利、将动物用作器官工厂的道德以及接受未知长期风险的接受者知情同意程序等问题。 宗教观点各不相同:一些伊斯兰和犹太当局允许生猪产品用于治疗,而另一些则需要进一步辩论。 公众对异种移植的看法仍然带有对动物权利和未知的跨物种疾病风险的关切。 透明的沟通和强有力的道德监督对于建立信任至关重要。

异种移植的监管保障

  • 农药筛选:[ 捐赠者群必须被监测到一个明确的细菌,真菌,病毒和棱柱等列表. 测试在动物整个生命的多个时间点上进行.
  • 基因组监测:[ PERV状态通过敏感的PCR和倒转记录片检测来验证,以确保不存在复制-能病毒.
  • 病原监测: 受体定期进行血液取样,以检测PERV和血清变化,样本存档长达数十年.
  • 组织存档: 捐赠猪和接受者活检的样本被储存起来,如果出现安全信号,进行回溯分析.
  • 全球登记册:国际合作跟踪各中心的成果和潜在的不利事件,促进快速数据共享。

临床和临床前研究的进展

早期的猪笼草异种移植临床试验始于1990年代的瑞典和墨西哥,但结果因免疫排斥而不大。 最近,新西兰、阿根廷和中国利用封装新生儿猪笼草的幼体进行了分阶段试验。2018年,新西兰活细胞技术公司报告说,植入糖尿病患者的封装猪笼草导致胰岛素需求持续下降,并改进了甘化控制,没有系统免疫,这些幼体是从Diatranz Otsuka设施指定的无病原体群中产生的。其他团体则在开展微封装工作,使用高血压和宏观封装装置,如TheraCyte和Beta-O2系统。 在非人类灵长模型中,α-Gal KO的内移植、HCD46-表达猪笼,其成本封锁在胰岛独立达12个月以上。 这些令人鼓舞的结果促使监管当局对下一代临床试验进行了应用。

2023年,马萨诸塞大学的一个团队报告将基因编辑猪肾移植到脑死亡的人类接受者身上,证明了器官异性移植在人类体内的可行性。 虽然岛移植面临不同的后勤挑战,但这种概念证明研究为更广泛的临床应用创造了动力。 此外,阿拉巴马大学的研究人员也表明,在糖尿病非人灵长类动物中,用抗CD40抗体和拉帕米霉素相结合,猪肾可以活到600天。 这些进步表明,人类患者可以实现持久的猪肾功能。

未来景观:走向可伸缩的糖尿病

如果Xeno移植能够安全、有效和持久,那么这种影响将是变革性的。 可以从严格生物安保协议下扩大的基因界定猪群中无限量地生产出岛;单一的牧群每年可以提供上千名病人,消除等待名单和人类捐献器官的不可预测的质量。 对于1型糖尿病患者来说,成功的Xeno移植可能意味着免于葡萄糖监测、胰岛素注射和疾病管理的持续认知负荷。 对于医疗系统来说,减少并发症(如糖尿病细胞酸化、肾衰竭和心血管疾病)的成本将大幅降低。

然而,在Xeno移植成为主流疗法之前,仍然存在重大障碍。 长期移植存活必须超过目前的2-3年基准。监管途径必须在国际上协调,以促进多中心试验。必须通过透明的风险和好处沟通来促使公众接受。另外,替代细胞源——如干细胞衍生的β细胞——不断演化,形成竞争环境。 大多数专家认为,综合方法可能是最佳的:例如,在诱发多能干细胞疗法成熟时,利用Xeno移植作为桥梁,或者结合两者以最大限度地提供和发挥功能。 生物材料和免疫工程的进步有可能使猪笼被封入同样是免疫细胞或药物再释放聚合物的装置中。

新兴技术,可以补充Xeno移植

  • STEM细胞衍生出β细胞:[ 人类多能干细胞可以被分化为胰岛素生成细胞,但它们仍然面临免疫排斥并需要被封装. 最近的协议已经产生了细胞,在临床前模型中能强烈地响应葡萄糖.
  • Biogendered scolfolds:[] 三维印出血管化活塞可以改进岛地活塞和氧气输送,有可能支撑更大的岛地质量.
  • 免疫活化生物材料: 释放局部免疫抑制或调控分子的涂料可以降低系统性药物毒性并保护外接物免受排斥.
  • 人工胰腺融合:[ 闭锁-闭锁系统可以与部分地粒分泌协同工作来稳定葡萄糖水平,在分泌功能障碍时提供后援.

结论

异性移植在异性移植中的潜力已经从投机性概念转移到了一种经过严格研究的、越来越可行的临床途径。 基因工程的突破 — — 特别是消除α-g并停止使用活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体活体

For further reading on xenotransplantation science and policy, see the Nature Reviews Drug Discovery overview of gene-edited pigs, the Transplantation Journal's recent xenotransplantation trials, and the WHO guidance on xenotransplantation safety. Updates on clinical trials can be tracked via ClinicalTrials.gov. Additional information on ethical frameworks is available from the International Xenotransplantation Association.