Transplantace zvířecích orgánů lidem čili xenotransplantace jsou budoucností transplantační medicíny. A zůstanou jí navždycky – říkal Norman Shumway s narážkou na přesvědčení, že se do medicínské praxe nikdy nedostanou. Americký průkopník kardiochirurgie by možná slevil ze svého pesimismu, kdyby se dožil závratného pokroku, kterým xenotransplantace prošly v posledních letech.
Zcela nedávno tým německých vědců pod vedením Bruna Reicharta z mnichovské Univerzity Ludvíka Maxmiliána transplantoval ve spolupráci s odborníky z USA, Švýcarska a Švédska prasečí srdce šesti paviánům. Dva ze zvířecích pacientů přežili s cizím orgánem bez větších problémů tři měsíce. Dalším dvěma tlouklo prasečí srdce v hrudi dokonce půl roku. Studie publikovaná v předním vědeckém časopise Nature sklidila uznání po celém světě.
„Dosáhli nejdelšího přežití po transplantaci prasečího srdce primátovi. Šest měsíců je velký skok vpřed,“ komentoval výsledky německých kolegů pro časopis The Scientist přední specialista na transplantace David Sachs z newyorské Kolumbijské univerzity.
Guerard Byrne, který zkoumá problematiku xenotransplantací na Alabamské univerzitě, se netají optimismem a říká: „S přežitím, jakého němečtí vědci dosáhli u paviánů, není důvod, abychom nezačali přemýšlet o prvních klinických zkouškách na lidských pacientech.“
Ještě před několika lety však viděla široká odborná veřejnost xenotransplantace stejně černě jako Norman Shumway. Co proměnilo skomírající vědní obor v nadějnou disciplínu?
Těžké začátky
První pokusy o transplantaci orgánů z paviánů nebo šimpanzů těžce nemocným lidem provedli chirurgové už v šedesátých letech minulého století. Dopadly nevalně. Imunitní systém příjemců transplantovaný zvířecí orgán obvykle zničil během několika málo týdnů či měsíců. Přesto se vědci nevzdávali. Byli si vědomi děsivého faktu, že každý rok umírají desetitisíce lidí jen proto, že se pro ně nenajde vhodný orgán k život zachraňující transplantaci. Xenotransplantace by pomohly pacientům po selhání orgánu, i kdyby zvířecí náhrada posloužila jen k překlenutí kritického období, než bude k dispozici orgán vhodného lidského dárce.
Počátkem devadesátých let vzdali lékaři snahy o transplantace orgánů opic a lidoopů a vsadili na prasata. Z těch lze získávat orgány v dostatečném množství. Mají také správnou velikost a potřebám lidského organismu vyhovují i výkonem. Jejich použití však s sebou nese vážné problémy. V první řadě je to brutální reakce lidského imunitního systému na prasečí buňky, která orgán z prasete bleskurychle promění v mrtvou hmotu. Ale hrozila i další rizika.
Na mnoha místech DNA prasat jsou ukryty instrukce pro výrobu virů. Těmito viry se prase nenakazí. Geny pro jejich produkci zdědí od rodičů. Možnost nákazy lidských pacientů těmito prasečími viry nebrali vědci na lehkou váhu.
Bylo jasné, že dokud se nepovede zkrotit dědičné prasečí viry a náležitě utlumit odmítavou reakci lidského organismu, xenotransplantace zůstanou hudbou daleké budoucnosti.
Euforie i rozčarování
O slovo se přihlásili genoví inženýři a začali měnit dědičnou informaci prasat tak, aby buňky těchto zvířat nedráždily lidský imunitní systém. Na jedné straně vyřazovali prasatům z činnosti geny, na jejichž produkty je lidský imunitní systém zvýšeně háklivý. Na druhé straně vnášeli do prasečí dědičné informace lidské geny, které by imunitní systém po transplantaci prasečího orgánu „konejšily“.
V oboru xenotransplantací zavládl optimismus a do výzkumu začaly investovat i velké farmaceutické společnosti. Svůj vlastní xenotransplantační program zahájil v roce 1996 například nadnárodní gigant Novartis. Firma plánovala utratit přes miliardu dolarů nejen za prasata upravená genovým inženýrstvím, ale i za speciální vepříny, kde by se produkovaly orgány pro xenotransplantace ve velkém.
Příklad Novartisu strhl další biotechnologické firmy, jako americký Genzyme nebo britský PPL Therapeutics. Počáteční nadšení ale rychle vyprchalo v konfrontaci s potížemi, na které vědci naráželi. Uzpůsobit prase tak, aby jeho orgány nečelily smrtícím atakům lidského imunitního systému, se ukázalo jako příliš komplikovaný úkol. Novartis po pěti letech své úsilí vzdal a po něm výzkum xenotransplantací rychle opustily i další společnosti. Zdálo se, že opět dochází na Shumwayova slova.
Revoluce jménem CRISPR-Cas9
Na lepší časy se začalo xenotransplantacím blýskat až o deset let později, když genové inženýrství dostalo zbrusu nový nástroj. Molekulární „nůžky“ odborně označované jako CRISPR-Cas9 dovolovaly provádět s dědičnou informací organismů do té doby jen těžko představitelné kousky. Ve srovnání se staršími metodami dovoluje CRISPR-Cas9 zacílit zásah do prasečího genomu na přesně vybrané místo. Dědičnou informaci mění s nevídanou účinností, a to i na více místech současně. Technika vyniká jednoduchostí a v neposlední řadě je úžasně laciná.
Krispr, jak se laboratorní hantýrkou technice CRISPR-Cas9 přezdívá, zapůsobil na skomírající výzkum xenotransplantací jako živá voda. Najednou bylo možné upravovat dědičnou informaci prasat s přesností a hlavně tempem, o jakém se genovým inženýrům z Novartisu v druhé polovině 90. let minulého století nesnilo.
Harvardský genetik George Church „vystříhal“ pomocí krisprů prasatům instrukce pro tvorbu virů na 62 místech dědičné informace. Stal se tak držitelem pomyslného světového rekordu v počtu najednou provedených cílených zásahů do genomu savce. Mnohem důležitější je ale fakt, že po transplantaci orgánu prasat s takto upraveným genomem by už člověku nákaza prasečími dědičnými viry nehrozila.
Tým Randalla Prathera z Missourijské univerzity získal pomocí krisprů prasata kombinující řadu genetických úprav, které usnadňují přijetí prasečího orgánu člověkem. A transplantace těchto orgánů paviánům začaly lámat rekordy. Ledvina z geneticky modifikovaného prasete sloužila paviánovi déle než 14 měsíců. Srdce vydrželo v opičím těle dokonce dva a půl roku. Bohužel to platilo pouze v případech, kdy nemuselo pohánět krevní oběh paviána a celou dobu „lenošilo“ vedle naplno pracujícího opičího srdce. Jakmile muselo prasečí srdce převzít práci orgánu paviána, nevydrželo tepat déle než dva měsíce. A právě s tímto problémem se nyní úspěšně vypořádal tým Bruna Reicharta.
Na dohled klinických zkoušek?
Mnichovský tým Bruna Reicharta se zabývá postupy pro tlumení nežádoucí reakce imunitního systému příjemce na transplantovaný orgán. Takzvaná imunosuprese je nezbytná i po transplantaci orgánu od vhodného lidského dárce. Xenotransplantace před ni však staví mnohem náročnější úkoly. Bylo jasné, že bez významného pokroku se ani orgány prasat upravených novými technikami genového inženýrství nedočkají zkoušek na těžce nemocných pacientech.
Mezinárodní společnost pro transplantace srdce a plic v roce 2000 určila, že první klinické zkoušky bude možné zahájit ve chvíli, kdy z deseti paviánů s transplantovaným srdcem nebo plícemi přežije aspoň šest po dobu delší než čtvrt roku a někteří z nich tento limit výrazně překročí. To byly v té době nesplnitelné požadavky. Reichart s kolegy se k nim velmi výrazně přiblížili, i když použili prasata s „minimalisticky“ upravenou dědičnou informací. Zvířata měla vyblokovaný jeden vlastní gen a do jejich genomu byly vneseny dva lidské geny.
Bruno Reichart a jeho spolupracovníci změnili už ošetření prasečího srdce před transplantací. Obvykle se snaží chirurgové uchovávat orgán na ledu při co nejnižší teplotě. V poslední době se ale ukazuje, že tento postup nemusí orgánům svědčit. Vědci proto uložili srdce do speciálního okysličeného roztoku o teplotě plus 8 °C a tento roztok proháněli i jeho cévami. Snížili přirozeně vysoký krevní tlak paviánů na hodnoty, jaké jsou obvyklé v těle prasete, a ušetřili tak transplantovaný orgán nadměrné zátěže.
Před poškozením chránili srdce i lékem, který paviánům pravidelně podávali. Navíc snížili dávky kortizonu používaného k potlačení nežádoucí imunitní reakce, protože vysoké koncentrace tohoto hormonu transplantovanému srdci rovněž nesvědčí. Takto provedené xenotransplantace předčily všechna očekávání. Nabízí se otázka, jakých výsledků by asi novým postupem německých vědců dosáhl harvardský tým George Churche, který usilovně testuje na paviánech xenotrasnplantace orgánů prasat s dědičnou informaci upravenou na více než dvaceti místech. Zdá se, že i když úřady nastaví pro xenotransplantace náročnější limity, než jaké si vytyčili transplantační chirurgové v roce 2000, na jejich splnění nebudeme muset čekat tak dlouho, jak se obával Norman Shumway.
Tým vědců transplantoval prasečí srdce šesti paviánům. Dvě opice přežily s cizím orgánem tři měsíce. Dalším dvěma tlouklo prasečí srdce v těle dokonce půl roku.
