sou · GNB3120d1 · 2000-01-01 00:00:00 — Detta innebär att inte bara den hyperakuta avstötningen utan också de senare faserna av avstötningsförloppet har hämmats. De läkemedelskombina- tioner som används ger dock en hel del biverkningar och det är tveksamt om de är lämpliga för klinisk användning. Man söker därför efter nya läkemedel som mer specifikt hämmar de delar av immunförsvaret som deltar i avstötningsprocessen. För att ytterligare reducera immunreaktionen och minska behovet av immunförsvarshämmande läkemedel utvecklas nu grisar som är trans- gena för gener som styr flera faktorer. Exempelvis försöker man på detta sätt minska det transplanterade organets uttryck av främmande ämnen, öka dess motståndskraft mot immunangrepp och t.o.m. låta det transplanterade organet uttrycka ämnen som dödar vissa celler i mottagarens immunförsvar. Sådana förändringar av det transplanterade organet skulle minska behovet av en generell hämning av mottagarens immunsystem och därigenom minska risken för allvarliga biverkningar hos patienterna. Immunreaktionen vid transplantation av grisceller förefaller åtmin- stone initialt mindre våldsam än den vid organtransplantation. Ett cell- transplantat innehåller inga blodkärl som kan angripas vid den hyper- akuta avstötningen. Avstötningen förmedlas i första hand av de vita blodkropparna medan antikroppar och komplement förefaller spela en mindre roll. Även utan behandling överlever åtminstone en del av cellerna . Fem av de tio svenska patienter som transplanterades med insulinproducerande celler från gris hade över- levande celler mellan och 14 månader efter transplantationerna. Visserligen var dessa patienter tidigare njurtransplanterade och erhöll immunförsvarshämmande läkemedel men ingen extra behandling gavs för att blockera eller avlägsna antikroppar eller komplement. Celltransplantat erbjuder också speciella möjligheter att förebygga avstötning som inte finns vid transplantation av hela organ. Vissa celltransplantat kan förbehandlas i odling eller placeras i kapslar för att minska immunreaktionen. Andra, som nervcellstransplantaten vid Parkinsons sjukdom, placeras i hjärnan, en vävnad med låg immuno- logisk reaktivitet. Vid de flesta celltransplantationer kommer mottaga- rens immunförsvar ändå att behöva hämmas. Ovanstående metoder redu- cerar dock behovet av immunförsvarshämmande mediciner och därigenom minskar biverkningsriskerna. Cellulär xenotransplantation leder den kliniska utvecklingen. Transplantation av nervceller från gris studeras på patienter med bl.a. Parkinsons sjukdom och inkapslade binjureceller från kalv har placerats i ryggmärgskanalen för att lindra smärta hos cancersjuka patienter. Insulinproducerande celler har transplanterats till patienter med diabetes. I ett antal fall har överlevande celler påvisats upptill efter transplantationen. Däremot har man ännu inte kunnat påvisa några större effekter på patienternas symptom. har vanliga grisar använts som ursprungsdjur men torde transgena grisar kunna bidra till att förbättra resultaten även vid celltransplantation. 6.2Fysiologiska särdrag hos gris som kan ha betydelse vid xenotransplantation Inför framtidsutsikterna att transplantera från djur till människa måste olika organs och vävnaders funktion och inbördes samspel diskuteras eftersom dessa kan förväntas fungera annorlunda i en artfrämmande miljö. Vi vill understryka vikten av att artskillnader inom fysiologiska regleringssystem beaktas och undersöks på ett adekvat sätt. Avsnittet har fokuserats på jämförelser mellan grisens och männi- skans fysiologi. Flera skäl har lett fram till att gris anses vara det lämpligaste ursprungsdjuret. Infektionsrisken bedöms vara mindre mellan gris och människa än mellan apa och människa. Grisens organfunktioner liknar i många avseenden människans. Grisen är förhållandevis enkel att föda upp, den har kort dräktighetstid och föder många ungar. Detta underlättar den genetiska modifiering av grisen som måste göras för att minska avstötningsreaktioner. Vid vissa typer av celltransplantation kan dock även andra djurslag komma ifråga. Apa bedöms inte vara aktuell som ursprungsdjur främst av etiska skäl och smittriskerna. Däremot bedöms de vara nödvändiga som mottagardjur i vissa försök (se kapitel 7 och kapitel 18). Celler (från bukspottskörtel, hjärna och binjurar) transplanteras redan nu i liten skala från djur till människor. Transplantation av enstaka celler är fysiologiskt mindre komplicerat och här finns relativt stora experimentella erfarenheter som visar att cellerna kan fungera efter transplantation till en annan art. Ett organ däremot, innehåller många celltyper och har ett komplicerat samspel med kroppens övriga vävnader. Försök med organtransplantation från apa till människa har gjorts, men oftast har organen snabbt stötts bort. I försök där organ från genmodifierade grisar transplanterats till apa har organen i några fall fungerat under veckor till månader, vilket tyder på att organen åtminstone till en början kan fungera i en främmande art. De mest aktuella organen för framtida xenotransplantation är njure och hjärta. Lunga kan eventuellt också bli aktuell, medan lever troligen endast kommer att användas kortvarigt en mänsklig donator inväntas eller den egna levern återhämtat sig. Gris hålls huvudsakligen för livsmedelsproduktion, medan ett förhållandevis litet antal används i biomedicinsk forskning. I båda fallen har målinriktad avel skett. Inom animalieproduktionen vill man ha snabb tillväxt, lagom fettansättning och minsta möjliga foderåtgång. Inom biomedicinsk forskning vill man få fram vissa egenskaper för att studera olika mänskliga åkommor (t.ex. åderförkalkning). Detta har lett till att ett stort antal raser utvecklats, var och en med specifika egenskaper. S.k. minigrisar når en kroppsvikt om högst ca medan fullvuxna djur inom raser som eller Svensk lantras kan väga upp mot ca . De senare når 70 kgs kroppssvikt . Vissa anser därför att minigrisar kan vara lämpliga som ursprungsdjur, men den grad av inavel som krävts för att åstadkomma dem har inneburit genetiska förändringar som kan vara negativa i detta sammanhang. Inte heller andra grisraser är emellertid fria från sjukdomsgener, vilket medfört att det finns kommersiella analysmetoder för att t.ex. testa anlag för Malign Hypertermi (=sjuklig benägenhet för värmeslag; också kallad halothangen; finns framför allt i rasen Pietrin, men också i och Svenska lantras) och RN-genen (=sjuklig ansamling av glykogen i muskler; framför allt inom rasen ). Grisens genom håller på att kartläggas, men arbetet är långt ifrån slutfört. Det finns dock minst en katalog tillgänglig på Internet, som listar medfödda egenskaper och sjukdomar hos gris där bl.a. hjärtsjuk- domar är av intresse i detta sammanhang. Vi vet att genmodifiering av ursprungsdjurens immunologiska system behövs för att minska immunreaktiviteten hos människan. Ytterligare genmodifieringar kan i vissa fall vara nödvändiga för att den artfrämmande vävnaden skall fungera tillfredsställande i människan och kunskaper om grisens genom kan här underlätta. Genmodifiering av möss fungerar förhållandevis bra i jämförelse med de försök som gjorts på större djur. Grisar som fått en human tillväxtgen har t.ex. fått svåra ledbesvär. Å andra sidan mår de grisar, vilka försetts med en mänsklig gen som skyddar mot hyperakut avstötning, alldeles utmärkt. Eftersom effekterna av genmodifieringar är svåra att förutse måste djuren ägnas särskild uppmärksamhet och beredskap finnas för att förhindra lidande (se kapitel 7 och 10 ). Både den yttre och inre miljön förändras ständigt och för att bibehålla hälsan måste vi ha många väl fungerande regleringssystem som justerar obalanser och håller den inre miljön nära nog . Det fysiologiska samspelet mellan kroppens olika organ sker i huvudsak på två sätt: genom nervsystem och hormoner. Inre organ styrs av de sympatiska och parasympatiska grenarna av det autonoma nervsystemet. I samband med transplantation skärs alla nervgrenar av, men organen kan fungera tillfredsställande ändå. Detta har övertygande visats genom allotransplantationer, som är klinisk rutin. Sannolikt beror detta delvis på att det sympatiska nervsystemets kemiska budbärare noradrenalin och dess systersubstans adrenalin kan frisättas från binjuremärgen och sedan via blodet direkt påverka organen. Hormoner kan kemiskt huvudsakligen höra till substanser som här- stammar från kolesterol, s.k. steriodhormonerna (dit hör könshormoner och binjurebarkshormoner), eller byggas upp av aminosyror. Steroid- hormoner har i stort sett samma kemiska uppbyggnad hos djur som hos människor, men däremot skiljer sig blodkoncentrationerna åt mellan arterna. Hormoner och hormonreceptorer som består av proteiner är oftast artspecifika. Detta innebär att ett hormon som produceras i ett artfrämmande organ kanske inte kan koppla ihop sig med receptorn hos mottagardjuret och då uteblir den förväntade effekten. Strukturskillnader kan också medföra att hormoner producerade av den transplanterade vävnaden kan vara antigena och utlösa en immunreaktion hos mottagaren med produktion av antikroppar som försämrar eller förhindrar hormonets effekter. Ett transplanterat organ medför också immunceller. Dessa har en begränsad livslängd men kan åtminstone efter transplantationen reagera mot mottagarens artspecifika hormoner - en slags transplantat-kontra-värd reaktion. En aktuell fråga är storlek och ålder på det organ som skall transplanteras. En individs tillväxt styrs av genetiska och hormonella faktorer samt mängd och sammansättning på födan. Grisar som är aktuella för organtransplantation väger mellan , vilket innebär att de är i snabb tillväxt och vanligen ännu inte könsmogna. Det är oklart om grisorgan kommer att fortsätta växa efter transplantation till människa. Hormoner med direkt inflytande på tillväxten är tillväxthormon, sköldkörtelhormoner, könshormoner, binjurebarkshormoner samt insulin. Den kemiska strukturen hos könshormoner, binjurebarkshormoner och sköldkörtelhormoner skiljer sig inte mellan gris och människa. Insulinets struktur avviker något. Innan insulin kunde framställas genteknologiskt behandlades emellertid människor med grisinsulin. Detta fungerade väl och trots strukturskillnaden var immunreaktioner relativt sällsynta. Tillväxthormon, däremot, är artspecifikt. Tillväxthormon tillverkas i hypofysen och förs med blodet ut i kroppen där det påverkar flertalet vävnader och ingriper i ämnesomsättningen. Människans egna tillväxthormon påverkar sannolikt inte ett transplanterat organs tillväxt, men det kan utlösa en immunreaktion och kan ha andra effekter i transplantatet. Människans tillväxthormon kommer sannolikt inte att stimulera det transplanterade organet till fortsatt tillväxt, men hur organets inneboende genetiska styrning kommer att påverkas av den främmande miljön vet vi ännu lite om. Både hjärta och njurar är organ som har stor förmåga att anpassa sig till de funktionskrav som ställs och de har i vissa fall fungerat upptill några månader efter transplantation från gris till apa. Kraftig tillväxt av hjärtat har emellertid också rapporterats. Ett av kännetecknen för däggdjur är att kroppstemperaturen regleras inom mycket snäva gränser. Grisens organ är inställda på att fungera optimalt vid en kroppstemperatur mellan 38-40ºC jämfört med människans 36,5-37,. kroppstemperatur tillhör de funk- tioner som regleras av fysiologiska mekanismer, vilka delvis är olika hos gris och människa. Om detta kommer att ha någon betydelse i samband med transplantion vet man ännu inte. Ett annat exempel på kroppens regleringssystem är vidmakthållandet av ett normalt blodtryck. Hjärta och njure måste samspela i regleringen av blodtrycket. Båda är högaktuella för transplantation. Därför har vi valt dessa organ som exempel för att illustrera varför transplantation av ett av dessa organ till en artfrämmande individ kan medföra problem ur fysiologisk synvinkel. Övriga organ, vävnader och celler som kan vara aktuella för xenotransplantation behandlas mera översiktligt och vi tar inte upp hur intilliggande celler kommunicerar med varandra via lokalt frisatta substanser. Av sammanställningen framgår att konsekvenserna av xenotransplantation i många avseenden ännu är okända. Njurarna tillhör de organ som är livsnödvändiga för att vidmakthålla kroppens homeostas (inre jämvikt). Njuren reglerar kroppens vatten- mängd och blodets halt av glukos, salter, urea m.m. Kontrollen av blodtrycket sker både indirekt genom att njurarna reglerar kroppens vätskemängd och direkt genom nervösa och hormonella effekter. Njurarna hos en människa tar emot 1 000-2 000 l blod per dag, men bara omkring 1,5 l färdig urin bildas. En njure består av ca 1 million 108 Medicinska utgångspunkter SOU 1999:120 små enheter, s.k. nefron. Varje nefron börjar med en tratt som mynnar i ett vindlat rör, vilket slutar i njurbäckenet. Den bildade urinen förs via njurbäckenet och urinledaren till urinblåsan. Till varje tratt kommer en artär som där bildar ett blodkärlsnystan. I nystanet sker en filtration av ämnen där vissa är för stora och hålls kvar i blodet, medan andra är små och passerar in i nefronröret. Glukos, alla mineralsalter och vatten passerar lätt filtret, medan proteiner i regel är för stora. Hastigheten på filtrationen bestäms huvudsakligen av blodtrycket. När filtratet (=primärurinen) kommit ned i det vindlande röret sker ett intensivt utbyte mellan primärurinen inuti röret och det blod som finns i kärl all- deles intill. Genom detta sinnrika arrangemang, som regleras av nerver och hormoner, kan urinens vattenhalt och koncentration av olika ämnen varieras inom mycket vida gränser. Filtrationshastigheten hos människa är ca /min/kg kroppsvikt och hos gris har den uppgetts till 3,/min/kg kroppsvikt. Koncentration och pH i grisurin skiljer sig inte nämnvärt från människans. En egenhet hos gris, till skillnad från människa, är att de praktiskt taget inte återresorberar urinsyra alls (här liknar de mer fåglar och kräldjur), medan människa återresorberar det mesta. Urinsyra kommer från nedbrytning av puriner, vilka bl.a. ingår i DNA. Urinsyrans natriumsalt bildar den utfällning i lederna vilka leder till gikt. Förhöjda urinsyranivåer och gikt är ett vanligt problem hos allotransplanterade patienter. Grisnjurens egenskaper kan därför eventuellt vara till fördel för människan i detta avseende. Tillsammans med lungorna ansvarar njurarna för att blodets pH hålls . Urinens pH beror bl.a. på den föda individen intar. En protein- rik föda leder till sura produkter medan en vegetarisk diet resulterar i mer basiska produkter. Någon principiell skillnad mellan människa och gris finns inte i detta avseende. Njuren som endokrint organ Njurarnas funktion regleras av centrala och autonoma nervsystemen samt olika hormoner. Hormonerna bildas antingen på andra ställen i kroppen, men har sin effekt i njurarna eller också bildas de lokalt i njurvävnaden och verkar där. Dessutom bildar njurarna hormoner och enzymer som påverkar andra system i kroppen. SOU 1999:120 Medicinska utgångspunkter 109 Om trycket minskar i den artär som leder blod till nefronerna leder detta till att kroppen försöker motverka ett hotande blodtrycksfall. Enzymet renin (glukoprotein som består av ca 300 aminosyror) frisätts från njurarna och kommer ut i blodet. I blodplasman cirkulerar angiotensinogen (alfa-globulin som består av mer än 500 aminosyror), som huvudsakligen bildats i levern. Renin slår sönder angiotensinogenet och kvar blir substansen angiotensin I (10 aminosyror). Angiotensin I passerar lungorna där den huvudsakliga omvandlingen till angiotensin II (8 aminosyror) sker. Angiotensin II är det aktiva hormonet och har samma aminosyresekvens hos gris och människa. Angiotensin II kan spjälkas ytterligare till Angiotensin III respektive IV, som emellertid har okänd funktion. Angiotensin II kan minska filtrationshastigheten i njuren varvid natrium och vatten sparas i kroppen. dras blodkärl samman i andra organ, vilket leder till att blodtrycket höjs. Effekten förstärks av att Angiotensin II stimulerar frisättning av ytterligare ett hormon – aldosteron. Aldosteron kommer från ett helt annat organ, nämligen binjurebarken. Aldosteron verkar i njurarnas nefroner så att natrium (och därmed vatten) bibehålls i kroppen. Detta hormon hjälper således till att bevara blodvolym och blodtryck. Om renin-angiotensin- aldosteron-systemet börjar gå på för högt varv leder det till för kraftig blodkärlssammandragning och att för mycket vatten och salt stannar kvar i kroppen. Resultatet blir ett sjukligt förhöjt blodtryck. Detta system är därför ett utmärkt exempel på att många organ och organsystem i kroppen måste samverka för att vi skall vara friska. Grisens renin och angiotensinogen har troligen olika aminosyresam- mansättning jämfört med människans. Systemet torde därför inte fungera på normalt sätt efter en xenotransplantation. Antigen-antikropps- reaktioner skulle också kunna uppkomma. Atrial natriuretic peptide (ANP) and urodilatin Renin-angiotensin-aldosteron-systemet har som uppgift att bibehålla natrium och vatten i kroppen, men finns också andra mekanis- mer som motverkar dessa effekter. En större blodvolym eller ett högt blodtryck ökar mekaniskt filtrationshastigheten och därmed kommer mer natrium och vatten att utsöndras med urinen. Detta sker helt normalt i olika situationer. Njurarna bildar minst ett hormon – urodilatin, som befrämjar utsöndring av natrium och vatten. Viktigare är dock sannolikt andra proteinhormoner, som bildas i hjärtat och som transporteras via blodet Ett av dessa hormoner har fått namnet Atrial natriuretic peptide (ANP). ANP bildas i hjärtats muskelceller och frisätts när cellerna sträcks ut, vilket sker om hjärtats fyllnadsgrad ökar (vid t.ex. ökad blodvolym). ANP motverkar angiotensins kärlsammandragande effekt, strävar efter att sänka blodtrycket samt hämmar bildningen av aldosteron. ANP och renin-angiotensin-aldosteron systemen håller således varandra i jämvikt. ANP är ett peptidhormon bestående av 28 aminosyror varav några aminosyror kan skilja sig åt mellan däggdjursarter, dock har gris och människa samma sammansättning. Ett antal andra peptidhormoner med likartad struktur, men med delvis okänd funktion, har dessutom isolerats från däggdjurshjärtan. Deras funktioner är ofullständigt undersökta och det är oklart om dessa hormoner kan bidra till blodtrycks- och vätskebalansreglering efter xenotransplantation. Huruvida dessa hor- moner kommer att ge upphov till antigen-antikroppsreaktioner behöver också undersökas. Antidiuretiskt hormon (ADH) En av njurarnas viktigaste uppgifter är att reglera kroppens vattenhalt. Det finns många system för detta och vi har redan nämnt några. Njurarna påverkas emellertid också av ett speciellt vattensparande hormon, nämligen ADH. Detta hormon bildas i hypothalamus i hjärnan och förs med nerver till hypofysen där det kan lagras för att vid behov frisättas till blodet. Då transporteras det till njurarna där det ser till att urinen koncentreras. ADH består av nio aminosyror varav alla utom en är desamma hos gris som hos människa. Denna skillnad har sannolikt inte någon större betydelse eftersom gris-ADH givits till människor med god effekt och utan att generella biverkningar observerats. Sammanfattningsvis regleras vätskebalans och blodtryck normalt genom ett samspel mellan renin-angiotensin-aldosteron-systemet, ANP och ADH. Det sympatiska nervsystemet är också viktigt i detta samman- hang, men direkt nervförsörjning av njurarna är inte nödvändigt eftersom motsvarande effekter kan fås med noradrenalin och adrenalin via blodet. Njurarna bildar hormonet erytropoietin (förkortas ofta EPO: ett gluko- protein med ca 165 aminosyror), som ökar bildningen av antalet röda blodkroppar i benmärgen. En viss mängd erytropoietin kan bildas också i levern. Erytropoietins kemiska sammansättning hos gris skiljer sig så mycket från människans att detta hormon inte kan förväntas ha biologiska effekter efter en xenotransplantation. Humant erytropoietin används för att behandla blodbrist hos dialyspatienter, eftersom deras egna njurar kan producera hormonet. Denna behandling måste säkert också pågå efter xenotransplantation. Man måste dessutom undersöka om grisnjuren bildar erytropoietin i en artfrämmande mot- tagare och hur det i så fall påverkar denne. Njurarna ansvarar för det sista steget i omvandlingen av vitamin D till det aktiva hormonet kalcitriol. Vitamin D finns i huden och vi kan också få i oss vitaminet med maten. Vitaminet omvandlas först i levern och sedan ytterligare en gång i njurarna. Omvandlingen i njurarna styrs av parathormon, som bildas i parathyroidea (=bisköldkörtlarna; pariga organ som ligger intill eller inuti sköldkörteln). Kalcitriol i samspel med parathormon stimulerar upptaget av kalcium och fosfater i tunntarmen, reglerar deras lagring i skelettet och utsöndring via njurarna. Om inte tillräckligt med kalcium (och fosfater) tas upp till kroppen träder kompensatoriska mekanismer in och frigör kalcium från skelettet. Detta leder till urkalkning och därmed ett skörare skelett. Bristande utsöndring av kalcium kan leda till förkalkning i vävnaderna. Kalcitriol tillhör gruppen steri odhormoner och det har samma kemiska sammansättning hos gris som hos människa. Systemet bör kunna fungera relativt väl också efter det att njurarna transplanterats. En reservation måste dock göras för parathormonets effekter . Parathormonets aminosyrasammansättning skiljer sig åt mellan olika däggdjur. Det är okänt hur människans parahormon påverkar omvandlingen till kalcitriol i grisnjuren. Därför bör kalcium och fosfatomsättningen hos patienterna ägnas särskild uppmärksamhet. Kallikreiner är en grupp proteinspjälkande enzymer. De finns cirkule- rande i blodplasma och i riklig mängd lokalt i njurarna. Kallikrein deltar bl.a. i regleringen av reninets frisättning och i omvandlingen av angiotensin I till angiotensin II samt påverkar självt också många funk- tioner i njurarna. Likheter och olikheter mellan människa och gris vad gäller detta system är dåligt utredda. Njurarna producerar ett flertal prostaglandiner, som lokalt modererar njurarnas funktion. De tillhör en grupp ämnen som härstammar från den omättade fettsyran arakidonsyra. Denna syra har samma kemiska sam- mansättning hos människor som hos andra däggdjur och som finns över- allt i kroppen. Prostaglandinnivåerna i blod är cirka fyra gånger högre hos gris än hos människa. Detta torde spegla såväl högre synteskapacitet som avvikande metabolism. Hur systemet kan förväntas fungera efter xenotransplantation är därför oklart. Gris drabbas sannolikt av samma åkommor som människa, men detta är dåligt utrett eftersom njursjuka grisar inte behandlas utan slaktas. Ärftlig cystnjuresjukdom har rapporterats, dock utan att kliniskt nedsatt funktion konstaterats. Detta problem bör dock uppmärksammas inför xenotransplantation. Experimentella och kliniska erfarenheter Grisnjurar som utanför kroppen behandlats med humant ANP reagerade på förväntat vis med ökad vatten- och natriumutsöndring och minskat kärlmotstånd. Samma studie visade att humant ADH också fungerade i grisnjuren och gav minskad vattenutsöndring. Det finns ingen erfarenhet av grisnjurar som fungerat i människa. Däremot har grisnjure utanför kroppen temporärt anslutits till patienters cirkulation via plastslangar (s.k. extra-corporeal perfusion). Grisnjuren producerade urin, men p.g.a. den korta observationstiden kunde övriga fysiologiska effekter inte studeras. Njurar från vanliga grisar har fungerat hos babianer vars egna njurar avlägsnats. Några närmare fysiologiska studier gjordes inte, men mätningar av kreatinin tyder på att njuren fungerade bra den . Funktionen försämrades sedan (som förväntat) när njuren började avstötas. Njurar från transgena grisar har fungerat efter transplantation till cynomolgusapor vars egna njurar avlägsnats.