Обезьяна прожила 758 дней с почкой генно-модифицированной свиньи

Американские исследователи внесли 69 модификаций в геном карликовой домашней свиньи, чтобы сделать ее ткани более совместимыми с организмом приматов. В эксперименте медианная продолжительность жизни макак с пересаженными от таких животных почками достигла 176 дней, а максимальная — 758 дней. Отчет о работе опубликован в журнале Nature.

В последние годы трансплантологи с генетиками работают над тем, чтобы «гуманизировать» свиней, то есть сделать их ткани совместимыми с организмом человека и таким образом получить источник доступных органов для пересадки. Первым серьезным прорывом стал нокаут гена фермента α-1,3-галактозилтрансферазы, из-за которого к гликопротеинам присоединяется несвойственный приматам сахар. Добавив к этому еще две модификации, американские исследователи добились того, что пересаженное сердце продержалось в организме павиана три года.

Для создания животных, пригодных для межвидовой трансплантации (ксенотрансплантации) американский генетик Джордж Черч (George Church) и китайский биолог Лухань Ян (Luhan Yang) основали в 2015 году компанию eGenesis. Сначала она избавила свиней от потенциально патогенных для людей эндогенных свиных ретровирусов (PERV), затем добавила им иммуносовместимости.

Сейчас сотрудники восьми научных центров США под руководством Мишель Юд (Michele Youd) и Вэньнин Цинь (Wenning Qin) из eGenesis представили новый этап разработок в этой области. С помощью системы CRISPR/Cas9 они отредактировали геном юкатанских минипигов (одной из карликовых разновидностей домашних свиней Sus domesticus). Из него убрали ферменты α-1,3-галактозилтрансферазу, галактозидазу B4 и Cmah, которые синтезируют антигенные для приматов гликаны — соответственно галактозу-α-1,3-галактозу (α-Gal), Sd(a) и Neu5Gc. У этих животных либо проводили нокаут всех 59 копий PERV в геноме (таких свиней обозначили 3KO.RI), либо не проводили его (3KO).

После этого с помощью опосредованного рекомбиназой обмена кассет (RMCE) модификации дополнили трансгенным конструктом PL15S, содержащим семь человеческих генов для повышения иммунной совместимости. Это компоненты системы комплемента (CD46 и CD55), системы свертывания крови (THBD и PROCR) и врожденного иммунитета (CD47), а также TNFAIP3 и HMOX1, которые уменьшают реперфузионное повреждение после ишемии, апоптоз и воспаление. Эти модификации также дополняли (3KO.7TG.RI) или не дополняли (3KO.7TG) нокаутом PERV. Таким образом, у животных с максимально отредактированным геномом (3KO.7TG.RI) было 69 модификаций, причем 86 процентов из них были направлены на полное удаление вирусов.

В ходе экспериментов in vitro клетки почечного эндотелия минипигов инкубировали в сыворотке крови макаков-крабоедов (Macaca fascicularis) и людей. За 45 минут в обеих сыворотках были уничтожены все клетки обычных животных. За то же время клетки 3KO в человеческой сыворотке практически не пострадали, но разрушались в обезьяньей. Только клетки 3KO.7TG ± RI не подверглись атаке иммунитета в обеих сыворотках при инкубации в течение 15 часов, в первую очередь за счет инактивации системы комплемента белками CD46 и CD55. В цельной человеческой крови клетки 3KO.7TG ± RI благодаря тромбомодулину (ген THBD) и эндотелиальному рецептору протеина С (ген PROCR) вырабатывали активированный протеин С (физиологический антикоагулянт), подавляя образование комплексов тромбин-антитромбин и регулируя свертываемость. Трансгенный белок CD47 эффективно активировал сигнальный путь SIRPα, а гемоксигеназа 1 (ген HMOX1) и белок А20 (ген TNFAIP3) подавляли активацию каспаз, что предотвращало апоптоз.

Выяснив это, исследователи пересадили почки ГМ-минипигов макакам-крабоедам. Обезьяны с донорскими органами от 3KO ± RI жили от 4 до 50 дней (медианная продолжительность — 24 дня). Причиной смерти или эвтаназии из гуманных соображений большинства из них становились почечная недостаточность и/или тяжелые отеки. У обезьян, получивших почки от 3KO.7TG ± RI медианная продолжительность жизни составила 176 дней. Шесть из 16 таких животных умерли в течение 25 дней после операции от почечной недостаточности, остальные жили 103 дня и дольше. С правильно подобранной иммуносупрессивной терапией (направленной в первую очередь на блокирование сигнального пути CD40) максимальная продолжительность жизни с пересаженной трансгенной почкой составила 758 дней. На момент окончания исследования три обезьяны с графтами 3KO.7TG ± RI оставались живы — спустя 247, 429 и 673 дня после операция.

Полученные данные свидетельствуют о пригодности нечеловеческих приматов для доклинических испытаний ксенотрансплантатов почек и приближают технологию генетической модификации свиных органов к клиническим испытаниям, заключают авторы работы.

Технологии eGenesis — не единственные попытки «гуманизировать» свиные органы. С разной (но пока не очень высокой) степенью успеха безнадежно больным пациентам уже пересаживали генно-модифицированные свиные кожу, почку и сердце. Помимо этого ведутся эксперименты по выращиванию в организме свиньи настоящей человеческой почки — подробно обо всех этих технологиях рассказано в материале «О свиньях и людях».