Мавпа прожила 758 днів із ниркою генно-модифікованої свині

Американські дослідники внесли 69 модифікацій до генома карликової домашньої свині, щоб зробити її тканини більш сумісними з організмом приматів. В експерименті медіанна тривалість життя макак із пересадженими від таких тварин нирками досягла 176 днів, а максимальна – 758 днів. Звіт про роботу опубліковано в журналі Nature.

В останні роки трансплантологи з генетиками працюють над тим, щоб «гуманізувати» свиней, тобто зробити їх тканини сумісними з організмом людини і таким чином отримати джерело доступних органів для пересадки. Першим серйозним проривом став нокаут гена ферменту α-1,3-галактозилтрансферази, через який до глікопротеїнів приєднується невластивий приматам цукор. Додавши до цього ще дві модифікації, американські дослідники досягли того, що пересаджене серце протрималося в організмі павіана три роки.

Для створення тварин, придатних для міжвидової трансплантації (ксенотрансплантації) американський генетик Джордж Черч (George Church) та китайський біолог Лухань Ян (Luhan Yang) заснували у 2015 році компанію eGenesis. Спочатку вона позбавила свиней потенційно патогенних для людей ендогенних свинячих ретровірусів (PERV), потім додала їм імуносумісності.

Наразі співробітники восьми наукових центрів США під керівництвом Мішель Юд (Michele Youd) та Веньнін Цінь (Wenning Qin) з eGenesis представили новий етап розробок у цій галузі. За допомогою системи CRISPR/Cas9 вони відредагували геном юкатанських мініпігів (одного з карликових різновидів домашніх свиней Sus domesticus). З нього прибрали ферменти α-1,3-галактозилтрансферазу, галактозидазу B4 і Cmah, які синтезують антигенні для приматів глікани відповідно галактозу-α-1,3-галактозу (α-Gal), Sd(a) і Neu5Gc. У цих тварин або проводили нокаут всіх 59 копій PERV в геномі (таких свиней позначили 3KO.RI) або не проводили його (3KO).

Після цього за допомогою опосередкованого рекомбіназою обміну касет (RMCE) модифікації доповнили трансгенним конструктом PL15S, що містить сім людських генів для підвищення імунної сумісності. Це компоненти системи комплементу (CD46 та CD55), системи згортання крові (THBD та PROCR) та вродженого імунітету (CD47), а також TNFAIP3 та HMOX1, які зменшують реперфузійне пошкодження після ішемії, апоптоз та запалення. Ці модифікації доповнювали (3KO.7TG.RI) або не доповнювали (3KO.7TG) нокаутом PERV. Таким чином, у тварин з максимально відредагованим геномом (3KO.7TG.RI) було 69 модифікацій, причому 86 відсотків із них були спрямовані на повне видалення вірусів.

Під час експериментів in vitro клітини ниркового ендотелію мініпігів інкубували у сироватці крові макаків-крабоєдів (Macaca fascicularis) та людей. За 45 хвилин в обох сироватках було знищено всі клітини звичайних тварин. За той же час клітини 3KO в сироватці людини практично не постраждали, але руйнувалися в мавпячій. Тільки клітини 3KO.7TG ± RI не зазнали атаки імунітету в обох сироватках при інкубації протягом 15 годин, насамперед за рахунок інактивації системи комплементу білками CD46 та CD55. У цілісній людській крові клітини 3KO.7TG ± RI завдяки тромбомодуліну (ген THBD) та ендотеліальному рецептору протеїну С (ген PROCR) виробляли активований протеїн С (фізіологічний антикоагулянт), пригнічуючи утворення комплексів тромбін-антитромбін та регулюючи згортки. Трансгенний білок CD47 ефективно активував сигнальний шлях SIRPα, а гемоксигеназа 1 (ген HMOX1) та білок А20 (ген TNFAIP3) пригнічували активацію каспаз, що запобігало апоптозу.

З'ясувавши це, дослідники пересадили нирки ГМ-мініпігів макакам-крабоєдам. Мавпи з донорськими органами від 3KO±RI жили від 4 до 50 днів (медіанна тривалість - 24 дні). Причиною смерті чи евтаназії з гуманних міркувань більшості їх ставали ниркова недостатність та/або важкі набряки. У мавп, які отримали нирки від 3KO.7TG±RI, медіанна тривалість життя склала 176 днів. Шість із 16 таких тварин померли протягом 25 днів після операції від ниркової недостатності, решта жила 103 дні і довше. З правильно підібраною імуносупресивною терапією (спрямованою насамперед на блокування сигнального шляху CD40) максимальна тривалість життя з пересадженою трансгенною ниркою склала 758 днів. На момент закінчення дослідження три мавпи з графтами 3KO.7TG±RI залишалися живими — через 247, 429 та 673 дні після операції.

Отримані дані свідчать про придатність нелюдських приматів для доклінічних випробувань ксенотрансплантатів нирок та наближають технологію генетичної модифікації свинячих органів до клінічних випробувань, вважають автори роботи.

Технології eGenesis - не єдині спроби "гуманізувати" свинячі органи. З різним (але поки що не дуже високим) ступенем успіху безнадійно хворим пацієнтам уже пересаджували генно-модифіковані свинячі шкіру, нирку та серце. Крім цього, ведуться експерименти з вирощування в організмі свині справжньої людської нирки.