Xenotrapianto: i maiali risolveranno la crisi degli organi?

Xenotrapianto-Immagine Credit Public Domain.

Quest’anno, i chirurghi hanno trapiantato i primi organi di maiale in riceventi umani. I ricercatori sono ansiosi di lanciare più sperimentazioni umane.

Il cuore di David Bennett stava cedendo. Il tuttofare di 57 anni del Maryland aveva settimane di vita e, poiché aveva una storia di mancato rispetto delle istruzioni per il trattamento, non era idoneo per un trapianto.

Non uno da un essere umano, comunque.

A gennaio, i medici di Bennett gli hanno offerto la possibilità di ricevere un cuore da un maiale. L’ha accettata. “So che è uno sparo nel buio, ma è la mia ultima scelta”, ha detto in un comunicato stampa del Medical Center dell’Università del Maryland a Baltimora, dove era in cura. Il 7 gennaio i medici hanno trapiantato il cuore, che era stato geneticamente modificato in modo che il corpo umano lo tollerasse.

Bennett è sopravvissuto per otto settimane con il suo nuovo cuore prima che il suo corpo si spegnesse. Dopo la sua morte, il gruppo di ricerca ha appreso che l’organo trapiantato era stato infettato da un herpesvirus suino che non era stato rilevato dai test.

Ma anche poche settimane sono un tempo lungo per un organo animale inserito in un essere umano, noto come xenotrapianto. Dato che il sistema immunitario umano inizia ad attaccare organi di maiale non geneticamente modificati in pochi minuti, altri ricercatori di xenotrapianti sono rimasti colpiti dall’esperimento. “In realtà è oltre le mie aspettative che il paziente sia sopravvissuto fino a due mesi”, afferma Luhan Yang, bioingegnere e amministratore delegato di Qihan Biotech a Hangzhou, in Cina. “Penso che sia una vittoria per il campo”.

È stato solo uno dei numerosi casi di xenotrapianti che hanno fatto notizia quest’anno. Pochi mesi dopo la procedura di Bennett, due gruppi di ricerca riferirono in modo indipendente di aver trapiantato i primi reni di maiale in tre persone che erano state dichiarate legalmente morte perché prive di funzione cerebrale. Gli studi hanno scoperto che gli organi producevano urina e non venivano rigettati dal sistema immunitario umano, anche due o tre giorni dopo la procedura. I chirurghi hanno eseguito altri due trapianti di cuore di maiale in persone cerebralmente morte a giugno e luglio.

Molti ricercatori si aspettano che questi primi sforzi porteranno presto a un’impennata di piccoli studi clinici di xenotrapianti in persone estremamente malate. I fautori affermano che tali sforzi, in caso di successo, potrebbero contribuire a intaccare l’elenco delle migliaia di persone che necessitano di trapianti di organi (ce ne sono più di 100.000 solo negli Stati Uniti), molti dei quali moriranno nell’attesa. Per ora, i ricercatori dicono che stanno aspettando che le autorità di regolamentazione come la Food and Drug Administration (FDA) statunitense valutino diverse domande che sono state presentate. Un portavoce della FDA afferma che l’agenzia non commenta lo stato o l’esistenza delle domande.

A giugno, l’agenzia ha tenuto una riunione per affrontare il numero crescente di gruppi di ricerca statunitensi che vogliono avviare studi clinici formali che coinvolgono xenotrapianti. Armati dei dati di centinaia di babbuini che sono sopravvissuti fino a tre anni dopo aver ricevuto organi o cellule di maiale – principalmente cuori, reni e cellule insulari produttrici di insulina – gli scienziati hanno cercato di convincere i funzionari dell’agenzia che lo xenotrapianto è pronto per l’uso umano.

Gli studi clinici, sostengono i ricercatori, sono necessari per rispondere a domande come il miglior tipo di maiale da utilizzare e come garantire che gli animali non siano portatori di infezioni. “Penso che dobbiamo fare quel passo avanti e avviare la ricerca clinica”, afferma Wayne Hawthorne, chirurgo specializzato in trapianti presso l’Università di Sydney in Australia.

Il trapianto di Bennett e la successiva morte hanno attirato un’attenzione pubblica senza precedenti sull’argomento, ma ha anche esposto i rischi. I ricercatori vedono la necessità di muoversi con cautela. “Se c’è un problema, potresti riportare indietro l’intero campo”, dice Hawthorne.

Fonti animali per i trapianti

Lo xenotrapianto è stato a lungo un sogno dei chirurghi trapiantatori, che si trovano ad affrontare una grave carenza di organi idonei. Negli anni ’60, i ricercatori hanno iniziato a testare gli organi di scimpanzé e babbuino negli esseri umani con scarso successo, ma allevare abbastanza animali per i trapianti sarebbe poco pratico.

I maiali potrebbero fornire una fonte più ragionevole di organi, perché sono più vicini agli umani per dimensioni e anatomia e sono già prodotti in grandi quantità per l’agricoltura. Gli organi di maiale potrebbero persino avere alcuni vantaggi rispetto agli equivalenti umani. Gli interventi chirurgici potrebbero essere programmati in anticipo e gli organi utilizzati freschi, piuttosto che richiedere che un paziente e un’équipe chirurgica siano disponibili in un attimo quando un donatore geneticamente compatibile muore.

Inoltre, i chirurghi potrebbero non conoscere la storia di malattie o predisposizioni genetiche di un donatore umano. “Quando esaminiamo i donatori, lo facciamo per un’ora perché non abbiamo più tempo”, afferma Jay Fishman, specialista in malattie infettive presso il Massachusetts General Hospital di Boston. “Con i maiali”, dice, “abbiamo l’opportunità di fare screening che non facciamo negli esseri umani”.

Fino all’inizio degli anni ’90, gli organi di maiale presentavano un grosso problema: il sistema immunitario umano li respingeva. Il chirurgo dei trapianti David Cooper del Massachusetts General Hospital ha trovato una soluzione quando ha scoperto che il sistema immunitario degli esseri umani e di altri primati stava reagendo principalmente a una molecola di zucchero sulla superficie delle cellule di maiale, chiamata α-Gal. La mutazione di un gene suino che codifica per una proteina che aiuta a produrre lo zucchero impedisce alle cellule di produrre α-Gal, consentendo agli organi trapiantati da questi animali modificati di sopravvivere molto più a lungo nei primati non umani.

L’avvento della tecnologia di modifica genetica CRISPR-Cas9 negli anni 2010 ha fornito un catalizzatore per il campo, rendendo più facile modificare non solo il gene coinvolto nella produzione di α-Gal, ma una miriade di altri che potrebbero aiutare i corpi umani a tollerare gli organi di maiale. Diverse aziende stanno sviluppando organi di maiale con diverse modifiche; nessuno è stato ancora approvato per gli xenotrapianti al di là dei limitati studi condotti finora.

Pianificazione del processo

Nonostante le differenze, alcuni gruppi di ricerca affermano di essere stati invitati dalla FDA a fornire ulteriori dati su come si comportano gli organi di maiale nei primati non umani. “È come dire che un farmaco suggerisce che farà ciò che vogliamo negli esseri umani, ma non nelle scimmie, ma testiamolo comunque nelle scimmie”, afferma Cooper. “È completamente illogico farlo.” La FDA non ha commentato la quantità di dati sui primati necessari per casi specifici, ma ha emesso una guida in cui si afferma che i modelli di primati non sarebbero sufficienti per stabilire che gli organi di maiale sono sicuri per l’uomo.

I trapianti in persone cerebralmente morte potrebbero fornire un passaggio intermedio. Il chirurgo Robert Montgomery della New York University, che ha guidato una delle équipe che hanno impiantato un rene di maiale quest’anno, ha in programma di eseguire più trapianti in persone con morte cerebrale prima di fare domanda per sperimentazioni cliniche che coinvolgono individui vivi. I maiali Revivicor usati nel suo esperimento avevano solo una modificazione genetica, che coinvolgeva α-Gal; la FDA ha approvato i maiali con questa modifica nel dicembre 2020 per il consumo umano e per alcuni usi medici diversi dai trapianti. Montgomery teme che una complessa combinazione di modifiche possa avere interazioni imprevedibili.

Altri ricercatori pensano che le prove su persone viventi saranno il modo migliore per determinare se il corpo rigetta l’organo mesi dopo il trapianto. “Mantenere le persone cerebralmente morte in supporto vitale per così tanto tempo potrebbe essere considerato non etico”, afferma Jayme Locke, chirurgo dei trapianti presso l’Università dell’Alabama a Birmingham che ha guidato l’altra squadra che quest’anno ha trapiantato un rene in una persona cerebralmente morta. Locke sta lavorando per richiedere alla FDA il permesso di iniziare gli studi clinici usando i reni degli stessi maiali Revivicor usati per il cuore di Bennett. Il suo team ha già elencato uno di questi studi in un registro federale, anche se non è ancora stato approvato e deve ancora iniziare a reclutare i 20 pazienti che riceveranno i reni.

“Altri tessuti, come le cellule delle isole produttrici di insulina, potrebbero non innescare affatto una reazione immunitaria e un insieme più semplice di modificazioni genetiche potrebbe essere sufficiente”, afferma Hawthorne. Il suo team ha progettato una linea di maiali per la produzione di cellule insulari che mancano di α-Gal e contengono due geni extra che smorzano la risposta immunitaria umana. A giugno, il suo team ha riferito che le isole trapiantate avevano curato il diabete in cinque babbuini, che hanno vissuto per quasi due anni senza bisogno di insulina o farmaci immunosoppressori ^.

Hawthorne sta ora pianificando una sperimentazione clinica delle cellule delle isole di maiale in persone che hanno una grave forma di diabete di tipo 1 che provoca un calo estremamente improvviso della glicemia.Altri gruppi hanno precedentemente scoperto che le cellule delle isole produttrici di insuolina del maiale sembrano essere sicure per l’uomo.

Maiali a prova di malattia

Una delle maggiori preoccupazioni dei regolatori riguardo alla tecnologia è la presenza di malattie trasmissibili nei suini. Non è chiaro quanto sia un problema, ma ci sono diversi modi in cui le infezioni potrebbero causare problemi.

Le malattie che colpiscono i maiali potrebbero passare dagli organi trapiantati agli esseri umani. Tali preoccupazioni hanno indotto Qihan Biotech a interrompere gli sforzi di xenotrapianto all’inizio di quest’anno dopo un focolaio di peste suina africana in Cina. Ciò ha spinto Yang e i suoi colleghi a ingegnerizzare geneticamente un maiale resistente alla malattia. Il manoscritto che descrive il loro lavoro è attualmente in fase di revisione.

Poi ci sono i retrovirus endogeni suini (PERV), elementi virali incorporati nel genoma del maiale. Questi non vengono prelevati dall’ambiente, ma sono pezzi di DNA virale ereditato. Sono innocui per i maiali, ma gli studi non sono d’accordo sul fatto che possano passare da un organo alle cellule umane e se possano essere dannosi per le persone o per l’organo del maiale. “È troppo presto per capire se si tratta di una preoccupazione reale o ipotetica”, afferma Yang.

Tuttavia, per vedere se fosse possibile inattivare questi elementi virali, Yang e George Church della Harvard Medical School di Boston, Massachusetts, hanno usato CRISPR per rimescolare tutti i PERV conosciuti nel genoma del maiale: un totale di 62 modifiche in una linea cellulare renale di maiale , un record per l’ editing genetico.

L’azienda sta ora utilizzando questa tecnologia per creare cuori, reni e fegati di maiale con un massimo di 80 modifiche in tutto, a seconda dello scopo previsto dell’organo.

E sebbene Fishman affermi che è improbabile, i virus che infettano le due specie potrebbero ricombinarsi nel corpo umano per creare un nuovo agente patogeno, proprio come fanno i virus dell’influenza negli uccelli, nei pipistrelli e nei maiali.

Vedi anche:Xenotrapianto: muore l’uomo trapiantato con cuore di maiale

La FDA raccomanda che, per ridurre al minimo i rischi per la salute pubblica, gli organi di maiale vengano trapiantati solo in persone che non hanno altra scelta e la cui qualità di vita sarebbe significativamente migliorata dall’operazione. L’agenzia afferma di avere politiche per il monitoraggio dei pazienti a lungo termine e per vietare alle persone con organi di maiale di donare il sangue a causa del rischio di trasmissione di malattie.

Si è scoperto che il cuore di Bennett ospita il citomegalovirus suino (CMV), un membro della famiglia dell’herpesvirus che comunemente infetta i maiali, ma non è ancora chiaro se il virus abbia ucciso Bennett. Il ricercatore Muhammad Mohiuddin del Medical Center dell’Università del Maryland, che ha condotto lo studio che ha riportato l’operazione di Bennett, afferma che non ci sono prove che il virus abbia danneggiato il cuore ed è certo che non si sia diffuso al resto del corpo di Bennett. Sospetta che gli organi del paziente fossero già stati danneggiati dalla sua malattia o da complicazioni – indipendenti dal virus suino – avvenute dopo il trapianto.

Tuttavia, Mohiuddin non può escludere che il virus abbia avuto un 

“C’è molto a cui dobbiamo rispondere”, dice Tector. “Quando inizieranno le prove”, afferma Fishman, “la cosa più importante sarà raccogliere quanti più dati possibile da ciascun partecipante. “Lo dobbiamo al paziente e lo dobbiamo alla società”.

Fonte: Nature