Prasečí srdce a nová éra transplantací

„Lékaři začnou experimentovat s transplantací prasečích srdcí,“ sliboval titulek Financial Times v září 1995. V textu se citují sebevědomé prognózy, že následujícího roku začnou lékaři testovat transplantace srdcí vepřů speciálně upravených tak, aby je lidský organismus nepotlačoval – metoda, která měla pomoci s bojem proti celosvětovému nedostatku lidských orgánů k transplantaci.

První taková operace se však uskutečnila až o 25 let později. Letos v lednu se chirurgům z lékařské fakulty Marylandské univerzity ve městě Baltimore podařilo nahradit selhávající srdce 57letého Davida Bennetta plně funkčním srdcem z prasete s deseti genetickými modifikacemi. Měsíc po operaci byl pacient v dobrém stavu, pokračoval v rekonvalescenci a jeho tělo nejevilo žádné známky odmítavé reakce.

Xenotransplantace – nahrazení nefunkčních lidských orgánů odpovídajícími orgány jiného živočišného druhu – budí v pravidelných vlnách nadšení a zklamání už od roku 1984, kdy byl proveden první takový zákrok. Kalifornští vědci tehdy voperovali děvčátku jménem Fae se smrtelnou srdeční vadou modifikované srdce paviáního mláděte. Srdce po třech týdnech přestalo bít.

Po letech vyčkávání se zdá, že nová éra inovací v lékařské péči je konečně na dosah ruky. Úspěšnost metody se zvýšila díky pokrokům v oblasti genové terapie, včetně techniky CRISPR, klonování zvířat a imunologie. Zároveň se postupem času rozptýlily obavy, že zvířecí transplantáty mohou na lidi přenášet nebezpečné viry, kvůli čemuž se v devadesátých letech výzkum v této oblasti prakticky úplně zastavil.

Zpráva o úspěchu marylandských kardiologů a transplantaci zvířecího srdce člověku zaskočila celý svět. Operace totiž nebyla součástí oficiálně potvrzené klinické studie, kterou by předem schválil americký Úřad pro kontrolu potravin a léčiv (FDA). Ten výzkumníkům udělil pouze jednorázové „mimořádné povolení“.

„K něčemu takovému úřady ještě nikdy předtím nesvolily,“ zdůraznil Muhammad Mohiuddin, profesor chirurgie a ředitel výzkumu v oblasti xenotransplantace při Marylandské univerzitě, který operaci vedl. „Povolení jsme získali, protože šlo o jediný způsob, jak zachránit pacienta v ohrožení života, který se nekvalifikoval pro transplantaci srdce od lidského dárce.“ Úřad dal operaci zelenou na silvestra, uskutečnila se o týden později.

Mohiuddin se xenotransplantaci věnuje více než 30 let, kdy se z Pákistánu přestěhoval do USA. Tvrdí, že Bennettova rekonvalescence bude pomalý proces: „Byl ve velmi špatném stavu, poslední tři měsíce byl kompletně upoután na lůžko. Jako bychom do starého Fordu z šedesátých let dali motor z nového Ferrari. Motor šlape, ale tělo si bude muset zvyknout.“

„Nejdůležitější u Davida je, že chce žít,“ dodává. „Pro pacienty bez takového odhodlání nemohou doktoři ani vědci udělat nic.“

Výzkumníci a lékaři xenotransplan­taci testují už několik let v rámci tak­zvaného preklinického výzkumu (testy prováděné na zvířatech či buněčných kulturách). Srdce a ledviny vepřů vkládají do těl desítek primátů, zejména paviánů. Teď se už nemohou dočkat, až budou moci začít se zákroky u lidí.

„Jsme čím dál lepší lékaři primátů, ale o to nám nejde,“ dosvědčuje Robert Montgomery, šéf Langoneova transplantačního ústavu v New Yorku. On sám přežil díky transplantaci srdce člověka, který se předávkoval heroinem. „Myslím, že jsme připraveni začít testovat zvířecí transplantáty na lidech. Bude to samo­zřejmě velký skok, ale máme se o co opřít.“

Bennettova operace by mohla zafungovat jako ukázkový prototyp, který by mohl přesvědčit váhající úřady k udělení souhlasu. Další motivací pro zrychlení procesu je i demografický vývoj. Se stárnoucí populací se dá očekávat, že nedostatek dárců bude stále naléhavější. Nůžky mezi čekateli na transplantaci a uskutečněnými operacemi jsou v USA široce rozevřené. Zatímco v roce 2002 transplantaci potřebovalo na 42 tisíc lidí, dnes na spásný orgán čeká 66 216 nemocných.

Ve srovnání s lidskými transplantáty mají orgány zvířat chovaných výhradně pro tyto účely řadu výhod z hlediska konzistence a kvality, tvrdí David Ayares, hlavní výzkumník v biotechnologické společnosti Revivicor, která dodala srdce pro Davida Bennetta.

„Zvířecí transplantáty vyřeší problém s nedostatkem dárců,“ prohlašuje Ayares. „Můžeme poskytnout životaschopné orgány mladých a zdravých zvířat, u nichž budeme navíc schopní upravit velikost tak, aby odpovídaly tělu příjemce.“

Přechod na lidské pacienty

Vědci čekají na souhlas úřadů, aby mohli začít metodu testovat na lidech. Prozatím pracují s „preklinickými lidskými modely“ nebo „zesnulými“ – tedy lidmi po mozkové smrti, jejichž tělesné funkce dokážou pomocí přístrojů zachovat ještě několik dnů.

Tímto způsobem se loni uskutečnily tři zákroky – jeden na Alabamské univerzitě v Birminghamu a dva v Lan­goneově zdravotním ústavu při Newyorské univerzitě. V rámci nich byly do těl zemřelých transplantované prasečí ledviny.

Všechny experimenty trvaly jen několik dní a na konci museli být zesnulí od podpůrných přístrojů odpojeni. Navzdory tomu nenastala odmítavá reakce, ledviny fungovaly dobře, čistily krev a produkovaly moč.

Tým z Alabamské univerzity, který vedl Jayme Locke, operoval 57letého Jima Parsonse, jenž zemřel na následky smrtelného zranění při nehodě na motorce. Za života se registroval jako dárce orgánů, jež však nebyly k transplantaci vhodné, proto jeho rodina souhlasila s poskytnutím těla pro výzkumné účely.

„Dokázat funkčnost transplantátů v těle po mozkové smrti bude vždy problematické,“ tvrdí Locke. „Jednoho dne budeme muset přistoupit k první fázi klinického výzkumu a zvířecí ledviny vložit do živého člověka, v jehož těle budou mít lepší podmínky pro regeneraci.“

FDA trvá na tom, aby lékaři před spuštěním klinických testů pokračovali v transplantacích na paviánech a získali více preklinických dat. Locke doufá, že povolení k první fázi klinické studie obdrží do konce letošního roku. Mohlo by se jí zúčastnit deset až dvacet pacientů, pro které se nepodaří najít lidské dárce. Druhá fáze počítá s několika stovkami lidí.

Při prvních pokusech se zvířecími transplantáty ve 20. století se sice pracovalo s primáty, především paviány, ale v devadesátých letech se vědecká komunita shodla, že nejvhodnějším živočišným druhem jsou prasata. Navzdory evoluční vzdálenosti – poslední společný předchůdce lidí a vepřů žil před 80 miliony let, kdy savci ještě žili ve stínu dinosaurů – oba druhy jsou si až pozoruhodně podobné z hlediska velikosti a fyziologie.

Před 25 lety se vědci obávali, že při transplantaci zvířecích orgánů do lidského těla může nastat neúmyslný přenos potenciálně smrtelných virů – strach budila zejména skupina prasečích endogenních retrovirů (PERVs). Pozdější experimenty ale ukázaly, že obavy byly přehnané a že zvířata chovaná v přísných hygienických podmínkách nemohou na lidské příjemce přenášet žádné infekce.

„Zvířata chováme ve sterilním prostředí,“ dosvědčuje Locke. „Každé tři měsíce je testujeme na přítomnost zoonotických infekcí, zejména PERVs virů. Pravidla pro eliminaci patogenů jsou v takových zařízeních v lecčem přísnější než u lidských dárců.“

I když první pokusy se zvířecími transplantáty uskutečnili britští vědci, na začátku nového tisíciletí se těžiště výzkumu přesunulo do USA. Lídrem mezi firmami je biotechnologická společnost Revivicor – sídlící ve městě Blacksburg ve Virginii –, která v minulých letech poskytla zvířecí transplantáty pro operace na lidech. Firma byla původně součástí skotské skupiny PPL Therapeutics specializující se na klonování zvířat – ta se mimo jiné proslavila prvním úspěšně naklonovaným savcem, ovcí Dolly. V roce 2003 se ale společnost oddělila a její vlastnictví převzala skupina United Therapeutics.

Prasata, která použili vědci z Mary­landské i Alabamské univerzity, dodal právě Revivicor a měla celkem deset genových modifikací. Kvůli ochraně před konkurencí odmítají zástupci firmy i výzkumných týmů sdělit, jaké konkrétní změny se odehrály.

Víme ale, že čtyři prasečí geny byly vyřazené procesem inaktivace. Vymazáním tří z nich se zabrání, aby se v buňkách transplantovaného orgánu ukládaly molekuly sacharidů, které způsobují agresivní odmítavou reakci. Čtvrtý vymazaný gen se týká růstového hormonu a tento zákrok zabrání, aby orgán v těle příjemce nepřiměřeně rostl.

Zbývajících šest změn spočívalo ve vložení několika lidských genů do prasečího genomu, aby se předešlo srážení krve, zvýšené zánětlivosti a útokům protilátek. Tyto změny snižují riziko silné, bezprostřední i dlouhodobé odmítavé reakce organismu.

Ayares z Revivicor tvrdí, že prasata s geny modifikovanými těmito deseti mutacemi budou vhodná k dárcovství dalších orgánů, i když ne všech. „Dobře budou fungovat pro srdce a ledviny. U jater a plic je to složitější. Pro transplantaci plic si budeme muset s modifikacemi ještě pohrát,“ přiznává.

Vědci z newyorského týmu pod vedením Montgomeryho k experimentům používají vepře rovněž od firmy Revivicor, ale z dřívější fáze výzkumu, tudíž jen s jednou modifikací. Ta spočívá ve vymazání molekuly alfa-gal, u níž se má za to, že bývá nejčastěji zdrojem odmítnutí prasečích orgánů v lidském těle. Newyorští vědci na ledviny určené k transplantaci navíc napojují štěp prasečího brzlíku, který má pomoci snížit odmítavou reakci imunitního systému.

Novější společností specializující se na zvířecí transplantáty je eGenesis. V roce 2015 ji založila skupina vědců z Harvardovy univerzity a spolupracuje s lékaři Generální nemocnice v Massachusetts, Dukeovy univerzity v Kalifornii a Wisconsinské univerzity. Používá vepře se stejnými modifikacemi jako Revivicor, ale DNA navíc upravuje moderní technikou CRISPR, pomocí níž se ve zvířecím genomu procesem inaktivace vyřazují veškeré retrovirové geny, čímž se vylučuje riziko nákazy PERVs viry.

„Naší prioritou teď je, aby byly orgány v příjemcích z kategorie primátů dlouhodobě životaschopné,“ vysvětluje šéf výzkumu v eGenesis Mike Curtis. „U dvou zvířat se nám podařilo dosáhnout, že transplantované ledviny fungují už více než 400 dní. Předpokládáme, že ke klinickému testování na lidech dospějeme v nejbližších letech.“

Pokud se klinické testy osvědčí, podle firem nebude problém navýšit produkci a pro potřeby transplantace dodávat desítky, či dokonce stovky tisíc zvířat každý rok. „Pro zvýšení intenzity chovu prasat se můžeme inspirovat v zemědělství,“ říká Curtis.

Revoluce, nebo pouhá záplata?

Jak dlouho budou prasečí orgány v lidském těle fungovat, se teprve ukáže. V tuto chvíli jsou dlouhodobě poškozované i lidské transplantáty, protože s imunitním systémem příjemců nejsou stoprocentně slučitelné. Mohiuddin ale věří, že toto poškození bude možné zmírňovat nasazením nové generace léků. Pacientům včetně Bennetta se aktuálně podává experimentální preparát KPL-404, který vyvíjí farmaceutická skupina Kiniksa Pharmaceuticals jako přípravek pro léčbu autoimunitních onemocnění.

Pokud se transplantace zvířecích orgánů stane běžnou praxí, objeví se i zajímavé ekonomické důsledky. Na prodeji zvířecích orgánů budou vydělávat soukromé firmy, zatímco lidské orgány budou poskytované bezplatně. Současně s tím se sníží jiné související náklady, protože operace bude možné plánovat s předstihem a ne pouze spěšně, když se objeví nový dárce.

„Nejde jen o poskytnutí nových orgánů. Mohli bychom posílit celkovou hodnotu lékařské péče,“ vysvětluje Curtis z eGenesis. „Můžeme zvýšit kvalitu, spolehlivost i výsledky transplantací, což by mohlo od základu změnit to, jak o této metodě uvažujeme,“ dodává. „Představte si finanční úspory, kdybychom se dokázali obejít bez dialýzy, která pro rozpočty na lékařskou péči představuje ohromnou zátěž.“

Diskuse o etických otázkách, které vyvolává chov zvířat pro náhradní části lidského těla, je výrazně slabší než na konci 20. století, kdy se uskutečnily první experimenty. Podle profesora Michaela Reisse z University College v Londýně, který je členem bioetické rady Nuffield Council on Bioethics, je běžné, že každý nový biologický postup na počátku vzbuzuje znechucení – takzvaný „fuj faktor“. Časem však slábne. Stejné pohoršení podle něj lidé vyjadřovali, když se experimentovalo s prvními transplantacemi lidských orgánů či oplodněním ve zkumavce.

Většina odborníků na bioetiku se dnes shoduje, že xenotransplantace je morálně přijatelná, pokud se zvířatům dostává dobré péče. „Části zvířat, konkrétně například srdeční chlopně, se v lékařství běžně používají už desítky let,“ podotýká Reiss.

A dodává, že i náboženství, která zakazují konzumaci vepřového masa, jsou užívání prasat pro záchranu lidských životů otevřená. „Židovské úřady už před dlouhou dobou prohlásily, že s užíváním prasečích transplantátů souhlasí,“ vysvětluje. „Islám nemá stejnou hierarchickou strukturu jako judaismus či křesťanství, ale několik významných muslimských etiků uvedlo, že nic takového nezakazuje, takže předpokládám, že rozhodnutí bude na pacientech.“

„Etici se shodují, že principiálně xenotransplantaci z prasat nic nebrání,“ přitaká Mohiuddin z Marylandské univerzity, který vyznává islám.

Po průlomové srdeční transplantaci letos v lednu se na Mohiuddina snesla další vlna morální kritiky z nečeka­ného důvodu. Ukázalo se, že David Bennett byl v roce 1988 odsouzen k deseti letům vězení za pobodání člověka. Rodina pobodaného muže, který zůstal v důsledku útoku na vozíku a předčasně zemřel, namítala, že Bennett si nové srdce nezasloužil. S tím ale Mohiuddin nesouhlasí.

„Naším úkolem není lustrovat pacien­tovu minulost,“ říká. „Pacienty vybíráme pouze na základě klinických předpokladů, podle jejich potřeb a způsobilosti k operaci.“

Tento průlomový zákrok dává naději statisícům nemocných po celém světě, kteří čekají na vhodného dárce. Xenotransplantace ale ani zdaleka není jedinou aktuálně vyvíjenou technikou, která může kompenzovat nedostatek orgánů k transplantaci.

Profesor imunologie Robert Lechler z londýnské King’s College se zaměřuje na zvyšování tolerance příjemcova organismu vůči transplantovaným orgánům. Další možné dlouhodobé řešení podle něj tkví v pěstování náhradních orgánů z kmenových buněk – ideálně ze samotného příjemce, čímž by se mohlo zcela vyhnout riziku odmítavé reakce. Jiné a v dohlednější době dostupné řešení skýtá regenerativní medicína, díky které by bylo možné obnovit funkce selhávajících orgánů přímo v těle nemocného, a tím se zcela vyhnout transplantaci.

Lechlerův kolega Mauro Giacca, který na King’s College působí jako profesor kardiovaskulárních věd, objevil novou techniku, pomocí níž je možné přímo v srdci nastartovat produkci nových svalových buněk zvaných myocyty – a to vpravením speciálních molekul microRNA, které dokážou regulovat genovou aktivitu. Testy na zvířatech ukazují, že pokud se v srdci po infarktu spustí produkce nových myocytů, výrazně se snižuje riziko srdečního selhání a nutnosti transplantace. „Metodu chceme začít testovat na lidech do dvou a půl nebo tří let,“ potvrzuje Giacca.

Nyní nevíme, zda bude xenotransplantace osudovým průlomem, nebo jen provizorní záplatou. „Je docela možné, že za deset až dvacet let si poradíme i bez prasečích srdcí a ledvin,“ říká Reiss. „Pak na xenotransplantaci budeme vzpomínat jako na fascinující slepou uličku, která neobstála v konkurenci dalších metod. Je však i možné, že se stane zásadním přínosem do lékařské péče.“

Clive Cookson, FT