Affen überlebten bis zu zwei Jahre mit transplantierten Schweine-Nieren

„Die Xenotransplantation unter Verwendung von Schweineorganen erlebte in den letzten beiden Jahren einen enormen Aufschwung. Zum einen wird über präklinische Studien in nicht-humanen Primaten mit beachtlichen Überlebenszeiten der Schweinetransplantate berichtet, zum anderen wurden zwei Transplantationen von Schweineherzen in Patienten in Baltimore durchgeführt. Der erste Patient lebte zwei Monate mit dem Transplantat. Zu seinem Tod hat unter anderem die Übertragung eines Schweineherpesvirus beigetragen. Der zweite Patient wurde erst vor Kurzem transplantiert.“

„Nun erscheint im renommierten Fachjournal ,Nature‘ ein Artikel, in dem Schweinenieren mit 69 genetischen Modifikationen in Cynomolgusaffen transplantiert wurden und Überlebenszeiten bis zu 758 Tagen erreicht wurden. Der Beitrag wurde von 60 Autoren von der Firma eGenesis, vom Transplantationszentrums des Massachusetts General Hospitals, vom Duke Transplantationszentrums und von anderen Instituten in den USA verfasst. Die 69 genetischen Modifikationen umfassen drei Knockouts (das Ausschalten eines Gens; Anm. d. Red.) von Schweinegenen, sieben Knockins (das Einfügen eines Gens in das Erbgut; Anm. d. Red.)  von humanen Genen und 59 inaktivierte porcine endogene Retroviren (PERVs).“

„Neu an dem experimentellen Setting sind drei Dinge: Erstens, das Knockout von Neu5Gc (N-Glycolylneuraminsäure) in Ergänzung zu den bekannten alpha-Gal (Galactose-alpha-1,3-galactose) und Sd(a) (Sia-alpha2,3 [GalNAc-beta1,4] Gal-beta 1,4-GlcNAc)-Knockouts. Diese Modifikationen verhindern die hyperakute Abstoßung. Zweitens, die erstmalige Verwendung von Yucatan-Miniatur-Schweinen und drittens die Inaktivierung aller 59 im Genom dieser Tiere vorhandenen PERVs. Die Yucatan-Miniatur-Schweine haben Organe, die in ihrer Größe den menschlichen Organen entsprechen und wurden deshalb gezielt ausgewählt. In früheren Studien, unter anderem bei der Herztransplantation in Baltimore, wurden Tiere von der Größe von Hausschweinen verwendet und die notwendige Größe des Schweineherzens wurde durch die Inaktivierung des Gens für den Rezeptors des Wachstumshormons erzielt [1].“

„Die in der jetzigen Studie eingebauten menschlichen Gene waren die Gene für die Komplementregulatoren CD46 und CD55, für THBD (Thrombomodulin) und PROCR (endothelialer Protein C-Rezeptor), die beide eine Rolle bei der Gerinnung spielen, für CD47 zum Schutz der Körperzellen vor dem Angriff von Makrophagen, sowie für TNFAIP3 (Tumornekrosefaktor, alpha-induziertes Protein 3 oder A20) und HMOX1 (Hämoxygenase). Die letzten beiden sollen die Folgen der Ischämie, Apoptose und Entzündung vermindern. Die genetischen Modifikationen sind dieselben wie bei den 10-fach genetisch modifizierten Schweineherzen für die Patienten in Baltimore [1], mit dem Unterschied, dass im Donorschwein TNSFAIP3 nicht ausgeknockt wurde, dafür aber der Wachstumsfaktorrezeptor. Neu ist hingegen, dass hier alle sieben humanen Gene in einer einzigen Kassette durch einen Rekombinase-vermittelten Austausch eingebracht wurden.“

„Als Immunsuppressivum wurde TNX-1500, ein humanisierter monoklonaler Antikörper gegen den CD40-Liganden (CD40L, CD154), verwendet, wodurch die CD40-CD40L-Kostimulierung gehemmt wurde. Antikörper, die die CD40-CD40L-Interaktion hemmen, sind inzwischen zur Standardbehandlung in der Xenotransplantation geworden. Beim ersten Patienten, der ein Schweineherz in Baltimore transplantiert bekam, wurde KPL-404, ein humanisierter monoklonaler Antikörper gegen CD40 verwendet [1]. Es ist zu hoffen, dass diese Antikörper bald eine Zulassung bekommen.“

„758 Tage hat das Nierentransplantat in einem Tier funktioniert, bevor es durch eine chronische Antikörper-vermittelte Abstoßung abgestoßen wurde. Unter den 21 beschriebenen Rezipienten gab es auch Tiere, deren Transplantat bereits nach acht bis 25 Tagen abgestoßen wurde, bei einigen wurde der Versuch auch nach vier bis 35 Tagen abgebrochen. Bei den meisten Tieren wurde eine thrombotische Mikroangiopathie beobachtet. Diese beachtlichen Unterschiede in der Überlebenszeit könnten mit Unterschieden in der Expression der Transgene erklärt werden, auch ist nicht sicher ob alle Tiere frei vom zuvor erwähnten Schweineherpesvirus sind.“

„Dennoch, 758 Tage bei einem Tier und 100 bis 673 Tage bei sechs weiteren Tieren ist ein großer Erfolg. Bisher war die längste Überlebensdauer eines Rhesusaffen mit einer Niere von einem Schwein mit dem humanen Gen CD55 und einem Knockout von alpha-Gal 499 Tage [2]. Auch in dieser Studie wurde ein monoklonaler Antikörper gegen CD154 verwendet.“

„In der Publikation wird nicht darüber berichtet, ob die Spendertiere auf potenziell zoonotische Schweine-Viren untersucht wurden. Der Umstand jedoch, dass derart beachtliche Überlebenszeiten erreicht wurden, lässt darauf schließen, dass das porcine Cytomegalovirus, das eigentlich ein porcines Roseolovirus (PCMV/PRV) ist, nicht in den Donortieren vorhanden war und deshalb auch nicht übertragen wurde. PCMV/PRV hat in früheren Studien die Überlebenszeiten von Schweineorganen in nicht-humanen Primaten signifikant verringert. Dieses Herpesvirus wurde auch auf den ersten Patienten in Baltimore übertragen. In präklinischen Studien mit Schweineherzen haben Paviane mit Organen, die PCMV/PRV-positiv waren, keine 30 Tage überlebt, während Tiere mit virusfreien Organen bis zu 195 Tagen lebten [3]. Im Grunde könnten die Nieren von den beschriebenen gentechnisch modifizierten Tieren, wenn die Ursachen für die unterschiedlichen Überlebenszeiten geklärt sind, sodass im nur lange Überlebenszeiten erreicht werden, mit einer an den Menschen angepassten Immunsuppression für eine klinische Studie verwendet werden.“

„In dieser Studie ist es erstmals gelungen, Javaneraffen, denen man beide Nieren entfernt hatte, durch Transplantation von genetisch modifizierten Schweinenieren fast zwei Jahre am Leben zu erhalten. Das ist sehr beachtlich. Problematisch ist nur, dass nach demselben Eingriff einige Tiere auch nur relativ kurz überlebt haben (zum Teil nur eine bis drei Wochen). Die Frage nach der Ursache für diese variablen Ergebnisse bleibt in der Arbeit offen.“

„In der Arbeit wurden zwei Konstellationen von Spenderschweinen getestet: Schweine mit Knockouts von drei Glykosyltransferase-Genen (GGTA1, CMAH und B4GALNT2/B4GALNT2L). Für die Verwendung der Organe beim Menschen wäre das sinnvoll und würde vor der Abstoßung schützen. Für die Verwendung bei Altweltprimaten (wie den Javaneraffen) ist einer der drei Gen-Knockouts (CMAH) schädlich, da dadurch ein Antigen vermehrt gebildet wird, gegen das Altweltprimaten (nicht aber Menschen) natürliche Antikörper haben, welche die Abstoßung beschleunigen. Das ist seit vielen Jahren bekannt. Daher ist es nicht verwunderlich, dass Organe dieser genetischen Konstellation (drei Gen-Knockouts) in Javaneraffen keine guten Überlebenszeiten aufwiesen. Nach Transplantation in menschliche Patienten hätten sie mit hoher Wahrscheinlichkeit sehr viel besser funktioniert.“

„Eine weitere Konstellation: Schweine mit den drei Gen-Knockouts, die aber zusätzlich in einem großen Genkonstrukt sieben menschliche Gene tragen. Zwei dieser Gene (CD46, CD55) beziehungsweise ihre Produkte hemmen die Aktivierung des Komplementsystems, zwei Gene (TBM = Thrombomodulin; EPCR = endothelialer Protein-C-Rezeptor) sollen dafür sorgen, dass es nicht zu Gerinnseln kommt, wenn Primatenblut durch Blutgefäße vom Schwein fließt; ein weiteres Gen soll die Aktivierung von Makrophagen hemmen, und zudem zwei Gene (HMOX1, TNFAIP3), die Entzündungsreaktionen entgegenwirken sollen.“

„In der Tat haben die Nieren dieses zweiten Genotyps trotz der großen Variabilität der Ergebnisse signifikant länger beziehungsweise besser funktioniert als die des ersten Genotyps. Das ist nicht verwunderlich, da die genannten sieben menschlichen Gene die negativen Effekte des CMAH-Gen-Knockouts für die Altweltaffen abmildern. Ob alle diese Gene auch für die Transplantation in den Menschen notwendig wären, würde ich bezweifeln. Ich gehe davon aus, dass dafür die drei Gen-Knockouts sowie zwei bis drei menschliche Gene ausreichend sein müssten. Was dafür spricht ist die Tatsache, dass ein hirntoter Mensch mit einer Niere mit nur einem einzigen Gen-Knockout (GGTA1) nach Transplantation mehrere Wochen überlebt hat [4].“

„Aus meiner Sicht wäre es sinnvoll, in den nicht humanen Primaten Organe zu testen, die den CMAH-Knockout nur auf einem Chromosom tragen, während das andere intakt bleibt. Dadurch könnte man den negativen Effekt des kompletten CMAH-Knockouts vermeiden, hätte aber die Mutation an sich bereits eingebracht. Durch Kreuzung solcher Tiere würde man in der nächsten Generation Schweine erhalten, die den kompletten CMAH-Knockout hätten und als Spender für den Menschen geeignet wären.“

„Bei einigen der Spendertiere hat man in der Studie auch noch porzine endogene Retroviren (PERV), die im Genom eingebaut sind, mithilfe der Genschere CRISPR/Cas9 mutiert und keinen signifikanten Effekt auf das Überleben der Nieren nach Xenotransplantation beobachtet. Das Geschäftskonzept der Firma eGenesis baut darauf auf, alle PERV in den Spenderschweinen zu inaktivieren. Wir halten das nicht für notwendig, da noch nie eine PERV-Infektion beim Menschen beobachtet wurde. Wir arbeiten allerdings mit Schweinen (Auckland Island Pigs), die nur wenige PERV-Sequenzen tragen und von Natur aus frei von PERV-C sind.“

„Die Verwendung einer kleineren Schweinerasse wie Yucatan ergibt Sinn, da die Organe von der Größe zum Menschen passen. Ein Nachteil der Yucatan-Schweine ist, dass bei ihnen häufiger als in anderen Schweinerassen Defekte in der Scheidewand zwischen den beiden Herzkammern auftreten, was nicht nur die Herzfunktion beeinträchtigt, sondern auch die Funktion der Nieren beeinflussen kann. Bei den Auckland Island Pigs tritt dieser Defekt nach unserer Erfahrung nicht auf.“

„Die Ergebnisse zeigen klar, dass die Xenotransplantation von Schweinenieren langfristig funktionieren kann, wenn alle Parameter optimiert sind. Die Variabilität der Ergebnisse in der Studie zeigt, dass dies noch nicht komplett gelungen ist. Ein Aspekt, der in der Arbeit zu wenig diskutiert wird, ist die Tatsache, dass es sich bei den verwendeten Spenderschweinen um geklonte Tiere handelte. Da die Technik des Klonens zu einer großen epigenetischen Variabilität der resultierenden Tiere führen kann, könnte dies zumindest teilweise auch die Variabilität der Ergebnisse nach Xenotransplantation ihrer Organe erklären. Daher verwenden wir das Klonen nur für die Erstellung der ,Gründertiere‘; Tiere, die als Organspender dienen sollen, werden durch Zucht generiert, was die epigenetische Variabilität minimiert.“

„Die Ergebnisse in den präklinischen Studien müssen für die Nieren noch konsistenter werden – für Herzen sind sie das bereits. Faktoren, die dazu beitragen könnten, sind der Verzicht auf den kompletten CMAH-Knockout für die Primatenversuche – davon müsste man natürlich die Zulassungsbehörde überzeugen – und die Generierung der Spenderschweine durch Zucht statt durch Klonen. Darüber hinaus müssen die Spendertiere auf einen sogenannten designiert pathogenfreien (DPF) Hygienestatus gebracht werden, um sicherzustellen, dass durch die Xenotransplantation keine Infektionserreger übertragen werden.“