Ксенотрансплантация

Концепция создания новых животных за счет соединения фрагментов и органов различных животных широко представлена в древней мифологии. Например, дух-хранитель из шумеро-аккадской мифологии шеду (ламассу) изображался в виде существа с телом быка или льва, с орлиными крыльями и человеческой головой. В греческой мифологии описывались химеры в виде огнедышащего чудовища с головой и шеей льва, туловищем козы и хвостом в виде змеи. В индуизме бог Ганеша (сын бога Шивы) получил голову слона после того, как бог Шива нечаянно разорвал его голову. Основоположник ксенотрансплантации Кит Реемтсма отмечал, что, возможно, одним из самых ранних примеров ксенотрансплантации была попытка Дедала и его сына Икара лететь через море с Крита на материковую Грецию с помощью крыльев птицы, прикрепленной к их оружию.

Первой, описанной в литературе попыткой ксенотрансплантации человеку, является будто бы имевший место факт пересадки кости собаки для закрытия дефекта черепа русского солдата, был описан голландским хирургом в Хобом Янсзуно Ван Меекереном^[англ.] в 1682 году. Кость якобы приросла, но солдату пришлось удалить её, так как ему отказывали в церковных таинствах. Достоверность данного факта вызывает существенные сомнения. Ксенотрансфузия крови знает более достоверные попытки. Первую достоверную попытку перелить кровь овцы человеку предприняли одновременно Ричард Лоуэр в Англии и Жан-Батист Дени во Франции. Обе оказались безуспешными. Из-за неудовлетворительных результатов ксеногемотрансфузия была запрещена в течение многих лет.

В XIX веке совершались неоднократные попытки выполнения кожной ксенотрансплантации свободным лоскутом либо лоскутом на питающей ножке. Трансплантация на питающей ножке кожи овцы, например, требовала фиксации донора и реципиента одним лоскутом в течение нескольких дней. Совершались попытки использовать в качестве доноров кожи лягушек, овец, кроликов, собак, кошек, крыс, кур и голубей. Кожу трансплантировали с волосами, перьями, мехом. Кожная пластика оказывалась порой эффективной, так как ксенотрансплантат механически укрывал раневую поверхность без какого-либо приживления к ней.

В 1838 году была выполнена первая ксенотрансплантация роговицы от свиньи человеку Хара и Купером. Первая аллотрансплантация роговицы была выполнена только через 65 лет в 1905. Несколько лет спустя Сергей Воронов, российский эмигрант, работающий в Париже, разработал концепцию пересадки гормонпродуцирующих клеток. Основной интерес Воронова заключался в том, чтобы омолаживать пожилых людей. Он провел значительное количество пересадок яичек шимпанзе мужчинам. Воронов рассекал яичко донора и размещал фрагменты в яичке реципиента. Несмотря на сомнительный характер этой методики, вероятнее всего, из-за психологического эффекта мужчины отмечали улучшение потенции и омолаживающий эффект. Авантюрными воспринимаются труды одиозного Джона Бринкли, пересаживавшего мужчинам яички козлов для повышения их половой функции.

В 1960-х годах Кит Реемтсма^[англ.] в Тулейнском университете в Луизиане предположил, что почки приматов могут быть использованы в лечении почечной недостаточности у людей. В то время хронический гемодиализ ещё не проводили, а трансплантацию почек людей не выполняли. Ксенотрансплантация почек являлась реальной альтернативой смерти. Кит Реемтсма выбрал шимпанзе в качестве источника органов из-за его тесной эволюционной связи с людьми. Он осуществил 13 двойных пересадок почки шимпанзе человеку. Большинство выполненных им трансплантаций закончилось неудачно в сроки от 4 до 8 недель в результате либо острого отторжения, либо инфекционных осложнений. Тем не менее, один из пациентов Реемтсма жил в течение 9 месяцев, вернулся к работе школьным учителем. Концепция использования приматов в качестве доноров почки была поддержана несколькими хирургами, в частности, отцом современной трансплантации Томасом Старзлом в Колорадо, который использовал обезьян в качестве доноров. Его результаты были похожи на таковые у Реемтсма, за исключением того, что Старзл не достиг сколько-нибудь долгосрочного выживания.

Джеймс Харди в 1964 году планировал выполнить первую трансплантацию сердца и предполагал использовать шимпанзе в качестве потенциальных доноров на случай, если посмертный донор окажется непригодным. В качестве реципиента расценивался крайне тяжелый пациент с распространенным атеросклерозом после ампутации конечностей. В связи с внезапной смертью донора Харди был вынужден выполнить пересадку сердца от шимпанзе. Сердце оказалось недостаточного размера для поддержания адекватной гемодинамики даже в течение нескольких часов. Шведская группа во главе с Карлом Гротом предприняла первую попытку трансплантации свиных островковых клеток поджелудочной железы больным сахарным диабетом в 1993 году. Хотя свиной C-пептид был обнаружен в крови некоторых пациентов, указывая, что некоторые островки выжили, клинический результат оставался неудовлетворительным.

В 1984 году была проведена пересадка сердца бабуина новорожденной Фэй. Сердце бабуина было использовано из-за того, что не было времени, чтобы найти подходящее человеческое сердце. Предполагалось впоследствии заменить его на человеческое, однако через 21 день девочка умерла^[1].

В октябре 2021 года в США (медицинский центр Langone Health при Нью-Йоркском университете) провели пересадку человеку почки, взятой у генетически модифицированной свиньи: на тот момент это была наиболее сложная операция такого рода в истории. Однако у пациента затем наступила смерть головного мозга^[2][3].

В январе 2022 года в США (медицинский центр Университета Мэриленда) была проведена первая в мире экспериментальная операция, в ходе которой 57-летнему Дэвиду Беннету было пересажено генетически модифицированное сердце свиньи. Врачи сочли невозможным пересадку этому пациенту человеческого сердца^[3]. Беннетт умер через два месяца в Медицинском центре Университета Мэриленда в Балтиморе, штат Мэриленд, 8 марта 2022 года в возрасте 57 лет^[4][5]

В июле 2023 года хирурги из Института трансплантологии Лангоне при Нью-Йоркском университете провели трансплантацию генетически модифицированных почек свиньи (вместе с тимусом) пациенту с диагнозом смерть мозга, завещавшему своё тело науке. Почки были получены от животного с нокаутным геном для производства сахаров альфа-гал^[англ.], которые участвуют в иммунном ответе млекопитающих. Чтобы гарантировать, что почечная функция поддерживается только почкой свиньи, команда удалила обе почки пациента. Команда сообщила, ксенотрансплантация почки прошла успешно, через 32 дня после пребывания в организме человека почка прижиласть и функционирует нормально, об этом свидетельствуют анализы креатинина и еженедельные биопсии. Команда планирует наблюдать за пациентом ещё месяц, ожидая одобрения совета по этике и его семьи^[6][7][8]. В итоге свиная почка успешно проработала 2 месяца, эксперимент завершили в заранее назначенный день, тело вернули родным^[9].

15 сентября 2023 года в медицинском центре Университета Мэриленда была проведена вторая в мировой истории экспериментальная операция по пересадке генетически модифицированного сердца свиньи человеку. Лоренс Фосетт, которому была произведена пересадка, прожил после неё почти шесть недель^[10]. О его смерти сообщили 1 ноября^[11].

16 марта 2024 года в бостонской больнице Massachusetts General живому человеку впервые пересадили свиную почку: 62-летний мужчина Рик Слейман, с давней почечной недостаточностью, организм которого отторг человеческую донорскую почку, получил почку генетически модифицированной свиньи, подготовленную кембриджской компанией eGenesys. В геном свиньи было внесено 69 изменений, направленных на предотвращение отторжения органа и заражения реципиента свиными вирусами. В частности, были удалены три свиных гена, участвующих в выработке сахаров, вызывающих у человека иммунный ответ, и добавлены семь человеческих генов, помогающих предотвратить отторжение. Остальные 59 изменений были направлены на обезвреживание вирусов, встроенных в геном свиньи (хотя при предыдущих пересадках их активация и не наблюдалась — ни у живых людей, ни у клинически мёртвых, ни у других приматов, но некоторые лабораторные эксперименты показывали возможность передачи этих вирусов в случае ослабленной иммунной системы). В публикации от 22 марта сообщается, что, по словам трансплантолога, пациент хорошо восстанавливается. Перед пересадкой человеку органы с такими же генными модификациями пересаживали макакам-крабоедам, и они жили с ними месяцами или годами (при том, что эти модификации были нацелены на обеспечение совместимости с людьми, а не макаками)^[12][13]. Через две недели после операции пациент восстановился достаточно, чтобы выписаться из больницы домой, мужчина поблагодарил всех врачей и медсестер, которые заботились о нем и назвал выписку одним из самых счастливых моментов в жизни^[14]. Пока неизвестно, приживется ли пересаженный орган в теле пациента. Слейман принимает несколько иммунодепрессантов, и за ним по-прежнему будут внимательно следить с помощью анализов крови и мочи три раза в неделю, а также ему нужно посещать врача дважды в неделю. Дэвид Классен, главный медицинский директор Объединенной сети по обмену органами^[англ.], отметил, что подобные операции придется ещё повторить на множестве пациентов и провести множество клинических испытаний, прежде чем ксенотрансплантаты станут широко доступными. И хотя еще предстоит проделать большую работу, потенциал этого метода принесет пользу большому числу пациентов когда будет реализован, в одних только США более 550 000 человек страдают почечной недостаточностью, находятся на диализе и нуждаются в пересадке^[15].

В апреле 2024 года хирурги из нью-йоркской клиники NYU Langone Health^[англ.] провели первую комбинированную операцию по трансплантации механического сердечного насоса и генетически отредактированной почки свиньи. Это вторая успешная ксенотрансплантация свиной почки человеку. Пациенткой была 54-летняя женщина с сердечной и почечной недостаточностью, и процедура представляет собой сочетание достижений, демонстрирующих возможности и надежды современной медицины^[16][17].

В соответствии с классификацией, предложенной R. Calne, по степени филогенетического родства и выраженности реакции отторжения выделяется два вида ксенотрансплантации^[18]:

• Конкордантная ксенотрансплантация — пересадка, которая выполняется между филогенетически близкими или родственными видами, например, такими как мышь и крыса, обезьяна и яванская макака, предположительно, приматы и человек. Реакция ксеноотторжения менее острая, развивается в течение нескольких суток.
• Дискордантная ксенотрансплантация — выполнение пересадки между более далёкими видами (например, свинья и обезьяна, или свинья и человек). При дискордантной ксенотрансплантации развивается сверхострое отторжение продолжительностью от нескольких минут до нескольких часов. Клинический опыт на людях при дискордантной ксенотрансплантации очень мал. В состоявшихся дискордантных ксенотрансплантациях человеку всякий раз, несмотря на попытки лечения, у реципиентов развивалось гуморальное отторжение, и функция органа сохранялась не более 34 часов.

Обычно идёт речь о ксенотрансплантации от наиболее дешёвой в получении и близкой по размеру к человеку иммунологически модифицированной свиньи^[19][20][21] или от высших приматов, близких генетически, но сложных в содержании и разведении. Так, например, китайские ученые разрабатывают генетически модифицированных свиней, органы которых можно будет пересаживать человеку^[22], и некоторых успехов уже добились, например, сердце генетически модифицированной свиньи, пересаженное бабуину, смогло проработать в его организме 195 дней^[23]

В отдельных странах предлагается запретить подобные технологии. Например, в проекте закона «О донорстве органов человека и их трансплантации», опубликованном Минздравом России осенью 2014 года, запрещаются оба возможных варианта ксенотрансплантации: как пересадка органов животных человеку, так и пересадка органов человека животному^[24]. По состоянию на октябрь 2009 года количество производимых в стране внутривидовых трансплантаций органов в сотни раз ниже потребности^[25].

Ксенотрансплантация является крайне сложной и опасной операцией при нынешнем уровне развития трансплантологии. Ксенотрансплантат от генетически модифицированной свиньи в организме человека имеет высокий риск сверхострой реакции отторжения, сопровождающейся массивным гемолизом, агглютинацией эритроцитов и тромбоцитов и множественным тромбозом сосудов пересаженного ксенооргана. Реципиентам требуется постоянная и очень сильная иммуносупрессия организма.

Механически функциональные трансплантаты

Тем не менее ксеногенные ткани, полученные из животных, служат источником материала для механически функциональных трансплантатов, таких как сердечные клапаны, сухожилия и хрящи. Чтобы предотвратить иммунное отторжение ксеногенного трансплантата, из него необходимо удалить антигены. Антигены клеток могут быть удалены путём химической обработки (например, растворами, содержащими додецилсульфат натрия (SDS) и Triton X-100) и обработки ультразвуком^[26]. приводящей к удалению клеток. Однако процессы, используемые для удаления клеток и антигенов, часто повреждают внеклеточный матрикс (ECM) ткани, делая трансплантат непригодным для имплантации из-за плохих механических свойств^[27][28]. Поэтому следует тщательно подбирать метод удаления антигенов, так чтобы по возможности сохранить архитектуру и механические свойства ткани.

Бесклеточные подложки и гидрогели

Достижения в области перепрограммирования соматических клеток пациентов в ИПСК и последующей дифференцировке их в необходимые стволовые клетки возродили интерес к органам и тканям, получаемым от животных, но уже для использования их в качестве бесклеточной децеллюляризованной ((освобожденной от клеток животного)) подложки для заселения клетками пациента^{[29][30][31][32][33][34]}. Процесс заселения клеток пациента на подложку, хотя это и сложней, желательно проводить in vitro до трансплантации пациенту, а не in vivo, чтобы предотвратить риск тромбоза и кальцификации^[35][36].

С 2018 года британские медики планируют использовать бесклеточную подложку, взятую у свиней, для пересадки детям старше двух месяцев с врожденными пороками развития, в первую очередь с тяжелыми случаями врожденной атрезии пищевода. Свиные подложки будут предварительно заселены стволовыми клетками младенца, которому запланирована пересадка. Сам процесс подготовки трансплантата путем выращивания на нем клеток реципиента будет занимать порядка двух месяцев. Предполагаемая стоимость такой операции составляет 125 тысяч долларов^[37].

Ещё в начале 1970-х годов в лаборатории Л.В. Полежаева были предприняты довольно успешные попытки лечить обширные повреждения мышц путём индукции регенерации с помощью имплантации в зону повреждения некротизированной ткани^[38]. Используя аналогичный подход, но заменив некротизированную ткань на очищенный от клеток фрагмент внеклеточного матрикса, полученного из мочевого пузыря свиньи, исследователям удалось активировать у пациентов процесс регенерации мышц и приостановить процесс образования рубцовой ткани^[39].

Кристман с соавт. разработали метод активации процессов регенерации сердечной мышцы после инфаркта миокарда, основанный на инъекции в зону поражения гидрогеля, полученного из внеклеточного матрикса свиного миокарда. Такой гидрогель способствует процессам восстановления, создавая подложку для роста новой ткани^[40][41]. Аналогичный подход был использован и для лечения повреждений вызванных ишемией при заболеваниях периферических артерий^[42][43].

Животные, генетически модифицированные для преодоления отторжения

Одним из главных достижений в области генной инженерии тканей свиней является отключение синтеза альфа-1,3-галактозы. Этот углевод при ксенотрансплантации вызывает запуск мощной иммунной реакции человеческого организма, направленной на немедленное, в течение нескольких минут, уничтожение свиного трансплантата^[44][45], поскольку люди и другие приматы, в отличие от прочих млекопитающих, свиней в том числе, не способны синтезировать этот углевод из-за генетической инактивации фермента альфа-1,3-галактозилтрансферазы вследствие двух эволюционно закрепленных мутаций^[46]. Путём воспроизведения у свиней с помощью генной инженерии той же самой мутации, что произошла естественно в процессе эволюции у человека, удалось создать линию свиней, у которых фермент альфа-1,3-галактозилтрансфераза был нокаутирован (GTKO-свиней)^[47]. Хотя такая модификация замедлила процесс отторжения, исключить его при использовании GTKO-свиней не удалось. Выяснилось, что есть ещё несколько вызывающих отторжение различий, в частности N-гликолилнейраминовая кислота (англ. N-glycolylneuraminic acid) и β1,4-N-ацетил-галактозаминилтрансфераза (англ. acetylgalactosaminyltransferase — B4GALNT2). Поэтому были получены линии свиней с двойным нокаутом, которые не способны к синтезу ни альфа-1,3-галактозы, ни N-гликолилнейраминовой кислоты^[48], а также свиньи линии GGTA1/CMAH/β4GALNT2 KO с нокаутом сразу всех трех генов, при пересадке органов от которых человеку предположительно не будет выраженной реакции отторжения^[49][50][51].

В 2022-23 годах были проведены трансплантации генетически модифицированного сердца свиньи безнадежно больным пациентам. Первый реципиент (зима 2022 года) прожил два месяца,^{[52][53][54][55]} второй (осень 2023) примерно столько же.^[56]

Некоторые надежды вселяют также эксперименты по изменению генома свиньи так, чтобы её клетки начали синтезировать на своей поверхности гликопротеин CD47 человека и, благодаря этому, уже не воспринимались иммунной системой человека как чужаки^[57], и эксперименты по изменению генома мыши так, чтобы её клетки начали синтезировать на своей поверхности SIRPα человека и стали толерантными к трансплантатам человеческих клеток^[58], что позволит выращивать органы человека как «запчасти» в организме животных и подобно методам переливания крови спасет миллионы жизней.

Перспективным подходом к лечению сахарного диабета 1-го типа у человека является трансплантация островковых клеток Лангерганса. Поскольку найти человека, способного стать донором таких трансплантатов, очень сложно, ученые предложили использовать для лечения инкапсулированные свиные островки. Однако этот метод существенно ограничен из-за того что мембрана капсулы не позволяет клеткам достаточно быстро реагировать на глюкозу секрецией инсулина, затрудняет обеспечение клеток островка кислородом и питательными веществами, что может привести к гипоксии и даже некрозу островков^[59]. И здесь на помощь могут прийти мульти-трансгенные свиньи, островки которых нет надобности инкапсулировать, поскольку они не отторгаются иммунной системой человека^[60][61][62]. В опытах на обезьянах с диабетом, которые получили свиные островки от трансгенных животных линии GTKO / hCD46 / hTFPI / CTLA4-Ig, инсулиновая независимость продержалась более 1 года^[60]. Пересадки островковых клеток свиней в капсуле из полисахарида альгината человеку были, по сообщению производителя, разрешены в России в 2010 году после испытаний с 2007 года на 8 пациентах в Sklifosovsky Research Institute Moscow^[63][64].

Австралийская фирма отметила успех клинических испытаний на пациентах, страдающим болезнью Паркинсона, препарата NTCELL, который представляет собой капсулу с альгинатным покрытием, содержащую кластеры клеток сосудистого сплетения, взятых у новорожденного поросёнка. После трансплантации NTCELL функционирует как биологическая фабрика, производящая ростовые факторы, способствующие устранению вызванной болезнью дегенерации нервов^[65][66].

Попытка пересадить почки генмодифицированной свиньи человеку показала, что хотя не наблюдалось выраженного клеточного отторжения или отложения антител и белков комплемента, тем не менее все же выявлялось поражение мелких артерий и артериол, а главное эта пересадка не привела к восстановлению клиренса креатинина^[67].

Универсальные, генетически модифицированные человеческие клетки для преодоления отторжения

Разработаны универсальные ИПСК, которые могут быть использованы не только любым человеком (пациентом), но даже пересажены животным без отторжения.^[68]Чтобы сделать это, ученые использовали CRISPR для выключения основных генов комплекса гистосовместимости (MHC) класса I и II, которые, как известно, генерируют белки, являющиеся мишенями для иммунной системы, и активации избыточной экспрессии гена CD47. В ходе испытаний на животных исследователи обнаружили, что эти новые, «универсальные» ИПСК человека могут быть трансплантированы мышам без какого-либо иммунного отторжения. Исследователи использовали новые ИПСК для создания клеток сердца человека, которые они трансплантировали в модели гуманизированных мышей. Мало того, что эти клетки не были отторгнуты, они ещё приняли участие в формировании эмбриональной сердечной мышцы^[69].

Животные-модели систем человека

Для развития регенеративной биологии и медицины исследователям нужна удобная модель иммунной системы человека. Проводить опыты на людях опасно для их здоровья, а опыты на мышах не дают необходимой информации, так как иммунная система человека и мыши существенно отличаются. Выходом из этой ситуации стала разработка так называемой гуманизированной мыши с функциональной иммунной системой человека^[70]. Чтобы сделать это, биологи взяли иммунодефицитных лабораторных мышей и трансплантировали им ткань человеческого тимуса, а также гемопоэтические стволовые клетки того же донора. Такие мыши позволяют исследовать причины по которым дифференцированные клетки получаемые из ИПСК человека, за редкими исключениями, все же отторгаются его же организмом^[71].С помощью этой мыши удалось доказать, что аллотрансплантаты, полученные из плюрипотентных стволовых клеток человека, в которых методами биоинженерии активирован синтез молекул CTLA4-Ig и PD-L1, создают локальную защиту от иммунитета, позволяющую им избежать отторжения^[72]. Кроме того, для достижения оптимального приживления трансплантированных человеческих кроветворных стволовых клеток, иммунодефицитным мышкам дополнительно внедрили природную мутацию рецептора Kit. Это позволило обойти два основных препятствия для трансплантации стволовых клеток крови: отторжение иммунной системой реципиента и отсутствие в костном мозге реципиента (мыши) свободной ниши — пространства для стволовых клеток донора (человека). В этой новой модели стволовые клетки крови человека могут размножаться и дифференцироваться во все типы клеток крови. При этом, стволовые клетки могут быть сохранены в мышке в течение более длительного периода времени по сравнению с ранее существующими «гуманизированными» моделями мышей^[73][74]. Трансплантаты костного мозга человека в этой, как и в других подобных мышиных моделях не способны к полноценной дифференцировке в эритроцитарные клетки крови человека поскольку в этих моделях по-прежнему не хватает сигнала для завершения эритропоэза как в организме человека.Аналогичные эксперименты вскоре можно будет воспроизвести на мутантных поросятах, таких как, например, модифицированные по двум аллелям свиньи — RAG2-мутанты, у которых либо нет тимуса, либо он не развит^[75], что позволяет использовать их в качестве моделей людей пациентов с аналогичным иммунодефицитом и для тестирования безопасности и регенеративной способности трансплантатов, полученных из плюрипотентных клеток.

Выращивание человеческих органов и тканей в организме животных

В Японии в лаборатории профессора Накаучи сумели вырастить, путём инъекции стволовых клеток в бластоцисту, панкреатическую железу крысы и чужеродные почки в организме мыши^[76][77], а теперь пытаются выращивать человеческие органы в организме свиней^[78][79][80]. Для этого в зародыше свиньи выключается ген, ответственный за развитие определённого органа и подсаживают ИПСК человека^[81]. Хотя ИПСК человека генетически чужие, они не отторгаются эмбрионом свиньи, так как его иммунная система ещё не развита. Предполагается, что человеческие клетки подчиняясь химическим сигналам исходящим от свиного эмбриона будут развиваться и заполнят опустевшую нишу, образуя вместо отсутствующих свиных клеток соответствующие ткани и органы эмбриона. Чтобы преодолеть плохую интеграцию человеческих клеток в ткани поросенка можно повысить их жизнеспособность путем сверхэкспрессии двух генов (MYCN (N-Myc) и BCL2), способствующих выживанию в ксеноокружении. Это позволило получить эмбриональные структуры химерных почек человека и свиньи внутри эмбрионов свиней.^[82] При развитии такой эмбрион, по идее, превратится в обычную свинью, за исключением того, что один из органов её в генетическом отношении будет органом человека от которого получены ИПСК^[83][84][85] или же, так называемые, регион-специфические плюрипотентные стволовые клетки («region-selective pluripotent stem cells» — rsPSCs)^[86][87] .А это, возможно, снимет проблему отторжения пересаживаемых органов, с которой сталкивается сейчас трансплантология^[88][89]. Сотни тысяч людей во всем мире, ожидающих новой почки, печени, сердца или легких для пересадки, могут стать получателями новеньких органов, которым не угрожает реакция отторжения, потому что они будут выращены из их собственных клеток.

Чтобы сделать организм свиньи пригодным для выращивания человеческих органов в нём, с помощью технологии генного редактирования CRISPR/Cas9, инактивировали 62 эндогенных ретровируса, встроенных в геном свиньи и представляющих потенциальную опасность инфицирования человека. Кроме того было изменено более 20 генов, кодирующих белки, которые сидят на поверхности клеток свиньи, и способны вызвать иммунную реакцию у человека или спровоцировать свертывание крови с образованием тромбов^[90]. Такие животные могут быть использованы для выращивания органов из клеток пациента. Уже в скором времени в них можно будет выращивать для лечения диабета панкреатическую железу из клеток кожи пациента, перепрограммированных в клетки, продуцирующие инсулин^[91].

Для освоения методики выращивания человеческих органов в организме свиньи или козы надо преодолеть ряд проблем. В частности, возможность «засорения» такого человеческого органа другими типами свиных клеток, такими как, например, клетки кровеносных сосудов, поскольку иммунное отторжение обычно вызывается именно из-за слизистой оболочки кровеносных сосудов в ксеногенных органах, состоящей из эндотелиальных клеток животного. Чтобы преодолеть это препятствие исследователи создали животных с человеческим эндотелием. Для этого они сконструировали методом генной инженерии эмбрионы свиней с дефицитом гена ETV2, главного регулятора гематоэндотелиальной дифференцировки^[92] и затем «спасли» нежизнеспособные из-за этой мутации бластоцисты свиней дополнив их ИПСК человека^[93][94]. Такую дополненную бластоцисту затем помещают в суррогатную свинью. В будущем жизнеспособные поросята с кровеносными сосудами, которые будут точно соответствовать пациенту, от которого ИПСК, обеспечат успешную трансплантацию и способность жить без потребности в иммуносупрессии или лекарствах против отторжения.

Важно, однако, отметить выраженную несовместимость стволовых клеток человека с клетками свиньи. Анализ их приживления в бластоцистах свиньи показал, что только одна человеческая клетка на 100000 свиных обнаруживается в эмбрионе свиньи при попытке получить межвидовую химеру.^[95] Низкий уровень интеграции и выживания донорских человеческих или обезьяньих клеток в эмбрионах свиней-хозяев может быть обусловлен видоспецифическими различиями в белках клеточной поверхности, препятствующими взаимному узнаванию и клеточной адгезии, а также динамики развития клеток.^[96][97]

Кроме того, даже в случае успешного создания такой химеры не исключено, что поверхность клеток человека может быть таким образом модифицирована внеклеточными ферментами эмбриона свиньи, что выращенный орган тем не менее станет чуждым человеческому организму и будет им отторгнут или гораздо быстрее состарится. К примеру, скорость развития плюрипотентных стволовых клеток человека значительно ускорена в условиях их культивирования с клетками мыши.^[98]

Выращивание человеческой крови в организме животных

Острая нехватка донорской крови побуждает исследователей искать альтернативную замену. В будущем одним из источников человеческой донорской крови может стать кровь человека, выращенная в организме животного^[99]. Опыты по выращиванию человеческой крови в организме гуманизированных мышей линии NSGW41 показали, что эритро-мегакариоцитарные клетки человека хорошо приживаются в организме этих мышей; факторы роста, ответственные за пути дифференциации человеческих клеток, совместимы между видами и позволяют достичь in vivo полного созревания тромбоцитов человека, а также получить содержащие ядро клетки-предшественники человеческих эритроцитов. Однако в крови животного эти клетки не накапливались, поскольку их уничтожали макрофаги^[100]. Неудачными следует признать и попытки созревания и выращивания гемопоэтических клеток из ИПСК человека в эмбрионах овцы — лишь одна клетка человека была найдена на ${\displaystyle 10^{5}}$ клеток костного мозга плода овцы (что составляет всего 0,0011 %) после 3 месяцев выращивания in vivo.^[101]

Ксенотрансплантация опухолей человека в организм животных

Для разработки методов лечения онкологических заболеваний, изучения путей развития метастазов и механизмов генетической эволюции опухоли широко используется метод PDX (англ. patient-derived xenograft) моделей (иногда называемый также методом PDTX). Этот способ заключается в непосредственном переносе путём трансплантации первичных опухолей от пациента в организм иммунодефицитных мышей, что позволяет воспроизвести особенности злокачественных опухолей человека на животных-моделях^{[102][103][104][105][106][107]}.

Гуморальная терапия клетками животных эмбрионов

Разновидностью ксенотрансплантации надо, очевидно, считать метод, так называемой, терапии «свежими» стволовыми клетками (англ. fresh cell therapy). Этот метод, предложенный ещё в 1931 году Полом Нихансом (Paul Niehans) — австрийским врачом, который считается отцом клеточной терапии, заключается в использовании клеток животных (извлекаемых из эмбриона или плода овцы), которые вводят в организм пациента с целью достижения эффекта ревитализации^[108][109]. Разумеется клетки животных не способны встроиться в организм пациента, однако они снабжают его гуморальными факторами, способствующими оздоровлению и активируют его иммунную систему^[110].Эта терапия связана с определённым риском заразиться от животных некоторыми инфекционными заболеваниями. Так, например, группа пациентов США и Канады, проходивших ежегодные сеансы такой терапии в Германии, заразилась лихорадкой Q^[111].

Гуморальная терапия инкапсулированными клетками животных

Уникальная способность хемокина SDF-1 (называемого также CXCL12) способствовать выживанию клеток, а также отталкивать эффекторные Т-клетки и привлекать регуляторные Т-клетки может быть использована для защиты трансплантированных гормон-продуцирующих (эндокринных) клеток ксеногенного происхождения. Для этого эти скопления клеток покрывают защитной оболочкой, состоящей из геля, содержащего CXCL12.Так, например, островки Лангерганса, взятые у поросёнка и покрытые гелем с CXCL12, успешно функционировали и не были отторгнуты в организме мыши^[112].Аналогичная технология была использована для лечения болезни Паркинсона инкапсулированными клетками поросёнка, продуцирующими спинномозговую жидкость, которая питает и очищает мозг от токсичных продуктов метаболизма^[113], а также взятыми у свиней клетками сосудистого сплетения — мозговой структуры, которая продуцирует коктейль из множества факторов роста и сигнальных молекул, необходимых для поддержания здоровья нервных клеток^[114].

Технологии инкапсуляции, а также ограничения этих подходов, подробно описаны в обзорах^[115][116].В качестве материала для инкапсуляции обычно используют модифицированный альгинат^[117][118].

Межвидовый перенос ядер соматических клеток (iSCNT)

Ещё одной разновидностью ксенотрансплантации является межвидовый перенос ядер соматических клеток (iSCNT) одного биологического вида в яйцеклетки другого вида. Так, например, Гупта с соавторами^[119] исследовали возможность получения клонированных эмбрионов путём межвидового переноса ядер из соматических клеток крупного рогатого скота, мышей и курицы в энуклеированные ооциты свиней. Им удалось поддержать развитие таких эмбрионов в пробирке до стадии бластоцисты. В другой работе ооциты овцы были использованы для перепрограммирования ядер соматических клеток взрослого человека обратно до эмбриональной стадии^[120]. Такая технология теоретически может быть использована для восполнения дефицита человеческих ооцитов при получении индуцированных стволовых клеток методом SCNT для регенеративной медицины^[121].Методом iSCNT удалось возродить исчезнувший с 1983 года вид лягушки^[122]. Для этого её генетический материал перенесли в яйцеклетки другого вида живых лягушек.

Линии первичных зародышевых клеток (XPSC)

Воздействуя на клетки с помощью фактора роста фибробластов (FGF), трансформирующего фактора роста β (TGF-β) и через сигнальный путь Wnt ученым удалось получить из клеток мыши, лошади и человека особые линии первичные зародышевых клеток, названные XPSC. Особенностью клеток XPSC является способность участвовать в образовании внутривидовых химер (организмов, содержащих смесь клеток разных особей одного вида) и межвидовых химер (организмов, которые содержат смесь клеток разных видов), а также и способность дифференцироваться в культуре в первичные зародышевые клетки, которые, как известно, являются предшественниками сперматозоидов и яйцеклеток.^[123]

Трансплантация тканей в «гестационном окне»

Иммунная система на определённой стадии развития эмбриона «обучается» своему набору тканей, которые в дальнейшем не отторгаются. Например, химера может быть получена смешением клеток на ранней стадии развития эмбриона и, напротив, собственные ткани организма могут быть отторгнуты, если иммунная система встретилась с ними впервые (пример тому, симпатическая офтальмия (слепота) при травме глаза и нарушении гематоофтальмического барьера).В обратную сторону это тоже до некоторой степени работает: период, когда эмбриональная ткань уже готова к формированию органа (не злокачественной опухоли), но ещё не продуцирует антигенов, способных вызвать реакцию отторжения, называется гестационным окном.^[124][125]

• Биотехнология
• Биоэтика
• Выращивание органов
• Межвидовая беременность
• Воронов, Сергей Абрамович опыты по ксенотрансплантации яичек.
• Бринкли, Джон Ромулус
• Очистка матрикса от клеток и антигенов
• Клетки Сертоли
• Предотвращение реакции отторжения ксенотрансплантата с помощью CAR
• Химера (биология)
• Химера

• Sykes M. (2022). Developing pig-to-human organ transplants. Recent advances raise hope for a promising solution to the transplant organ shortage. Science. 378(6616), 135—136 doi:10.1126/science.abo7935
• Boulet J., Cunningham J.W., Mehra M.R. (2022). Cardiac Xenotransplantation: Challenges, Evolution, and Advances. JACC: Basic to Translational Science. https://doi.org/10.1016/j.jacbts.2022.05.003
• Li, J., Ezzelarab, M. B., Ayares, D., & Cooper, D. K. (2014). The Potential Role of Genetically-Modified Pig Mesenchymal Stromal Cells in Xenotransplantation. Stem Cell Reviews and Reports, 10(1), 79-85 doi:10.1007/s12015-013-9478-8
• Dolgin, E. (2021). First GM pigs for allergies. Could xenotransplants be next?. Nat Biotechnol 39, 397—400 https://doi.org/10.1038/s41587-021-00885-9
• PBS Special on Pig to Human Transplants (англ.)
• Евгения Рябцева (2014-06-06) Иммунодефицитные свиньи — модель для изучения клеточной терапии
• Эдуард Хессе (2020). Трансплантация органов свиньи может вылечить многие болезни человека. Inopressa.ru; перевод с фр. из Edouard Hesse (23 novembre 2020 à 9h58). Les greffes d’organes de porc pourraient guérir bien des maladies humaines. Slate.fr
• Американские медики заявили об успешном завершении эксперимента по пересадке сердца свиньи бабуину.
• Kaur, G., Thompson, L. A., & Dufour, J. M. (2015). Therapeutic potential of immune privileged Sertoli cells. Anim. Reprod, 12(1), 105—117. О том как предотвратить иммунную реакцию организма с помощью клеток Сертоли.
• Hartline, C. B., Conner, R. S. L., James, S. H., Potter, J., Gray, E., Estrada, J., … & Prichard, M. N. (2018). Xenotransplantation panel for the detection of infectious agents in pigs. Xenotransplantation, 25(4), e12427. https://doi.org/10.1111/xen.12427 Панель тестов на 30 инфекций свиньи, которые могут быть переданы человеку в случае ксенотрансплантации органа.
• Shah, J. A., Lanaspa, M. A., Tanabe, T., Watanabe, H., Johnson, R. J., & Yamada, K. (2018). Remaining Physiological Barriers in Porcine Kidney Xenotransplantation: Potential Pathways behind Proteinuria as well as Factors Related to Growth Discrepancies following Pig-to-Kidney Xenotransplantation. Journal of immunology research, 2018. Article ID 6413012 https://doi.org/10.1155/2018/6413012
• Гуляев В. А., Хубутия М. Ш., Новрузбеков М. С. и соавт. Ксенотрансплантация: история, проблемы и перспективы развития. Трансплантология. 2019;11(1):37-54.
• Страхов Д. (2023). Пересадить человеку свиное сердце. Есть ли будущее у ксенотрансплантации? ТАСС. НАУКА.