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El desarrollo de los órganos donantes universales ha sido un objetivo de larga data en la medicina de trasplante, donde los obstáculos primarios son el rechazo inmunitario y la escasez crónica de órganos compatibles. El trasplante tradicional depende de donantes y receptores para los antígenos de leucocito humano (HLA), pero incluso con cerillas cercanas, la inmunosupresión permanente es necesaria para prevenir el rechazo.
Comprensión de la tecnología CRISPR
CRISPR es una herramienta de edición genética derivada de un sistema de defensa bacteriana natural. Se compone de dos componentes principales: una guía RNA que dirige el sistema a una secuencia de ADN específica, y una proteína Cas9) que actúa como tijeras moleculares para cortar el ADN en esa ubicación precisa. Una vez cortado, los mecanismos de reparación natural de la célula pueden ser aprovechados para interrumpir un gen (knockout) o insertar una nueva secuencia (en inglés)
El poder de la CRISPR no sólo radica en su precisión sino también en su escalabilidad. Los investigadores pueden ahora diseñar el genoma de un embrión de cerdo para carecer de múltiples genes que desencadenan respuestas inmunes humanas, y estas ediciones son heritables, permitiendo la creación de manadas de cerdo modificadas para la cosecha de órganos. Durante la década pasada, CRISPR ha pasado de un laboratorio a una herramienta con potencial terapéutico real-world, y su aplicación prometedora
¿Por qué cerdos?
Los cerdos son considerados la fuente más adecuada para la xenotransplantación debido a las similitudes anatómicas y fisiológicas que crean los seres humanos, así como su rápida cría y escalabilidad. Los órganos de cerdo —corazón, riñones, hígado, pulmones— son aproximadamente el mismo tamaño que los órganos humanos, y su fisiología cardiovascular es comparable.
Genes clave destinados a órganos donantes universales
Alpha-1,3-Galactosyltransferase (GGTA1)
El gen GGTA1 codifica una enzima que une azúcares alfa-gal a superficies celulares. La eliminación de GGTA1 elimina el objetivo principal de los anticuerpos preexistentes humanos. Esta modificación fue un logro histórico y ahora es estándar en modelos de cerdos genéticamente diseñados para la xenotransplantación. GTA1-knockout cerdos [Primero rechazo se muestran]
Citidina Monofosfato-N-Acetylneuraminic Acid Hydroxylase (CMAH)
CMAH es responsable de producir un azúcar llamado Neu5Gc, otro xenoantigen que los humanos carecen. Los humanos tienen anticuerpos anti-Neu5Gc circulantes debido a la exposición dietética, por lo que descartar CMAH reduce aún más el reconocimiento inmunitario. Muchas cepas de cerdo modernas son dobles para GGTA1 y CMAH.
Beta-1,4-N-Acetylgalactosaminyltransferase 2 (B4GALNT2)
El gen B4GALNT2 añade otra estructura de carbohidratos (Sda] antígeno) que también es inmunogénico en humanos. Los cerdos triple-cachoque que carecen de GGTA1, CMAH y B4GALNT2 están siendo desarrollados para cubrir los principales xenoantigenos.
Leucocito de cerdo Antigeno (SLA) Clase I y Clase II
Más allá de los antígenos de carbohidratos, el complejo de histocompatibilidad mayor de cerdo (MHC) —conocido como SLA— es un objetivo importante para el rechazo celular. Las células T humanas pueden reconocer las moléculas de SLA y montar un ataque inmunitario. CRISPR puede ser utilizado para eliminar los genes de clase I y/o clase II, eliminando efectivamente los objetivos primarios para el rechazo a la célula.
Modificaciones adicionales Human-Compatible
Para atenuar aún más la respuesta inmune, los investigadores están insertando transgénicos humanos en el genoma del cerdo. Por ejemplo, insertar proteínas regulatorias del complemento humano (CD46, CD55, CD59) ayuda a proteger las células del colchón humano de la cascada del complemento humano.Incorporar la trombomodulina humana y la TFPI puede prevenir anomalías de coagulación que ocurren cuando el endotelio del porcino está expuesto a la supervivencia humana.
Una lista completa de genes que se encuentran en la xenotransplantación se puede encontrar en la revisión por Hryhorowicz et al. (2019) publicada en Frontiers in Immunology.
Investigación y Progresos Actuales
El resultado de la cintura de los pacientes con cáncer de carbono, y el resultado de la cintura de los pacientes, se ha avanzado significativamente en los últimos cinco años, culminando en el primer trasplante experimental de un corazón de cerdo editado genéticamente en un paciente humano vivo en enero de 2022 en el Centro Médico de la Universidad de Maryland.
En paralelo, investigadores de varias instituciones han logrado la supervivencia a largo plazo de los riñones de cerdo en primates no humanos utilizando combinaciones de ediciones genéticas y protocolos inmunosupresores. Por ejemplo, un equipo del Hospital General de Massachusetts informó sobre la supervivencia de los riñones de cerdo con los golpes de GGTA1 únicos más proteínas reguladoras de complemento humano durante más de un año en los babuinos, aunque con inmunosupresión intensiva.
Fuera de la xenotransplantación, CRISPR también está siendo explorado para editar órganos humanos. Por ejemplo, los sistemas de perfusión ex vivo podrían permitir que los órganos humanos donados se ordenen para eliminar o modificar los genes HLA, haciéndolos adecuados para los receptores independientemente de la discordancia HLA, una estrategia conocida como trasplante de órganos humanos "universales".
Desafíos para superar
Rechazo de inmune Más allá de los obstáculos Xenogenicos
Incluso con una extensa edición genética, el sistema inmunitario es complejo y redundante. Rechazo mediado por el anticuerpo, respuesta celular T e inmunidad innata todos los desafíos actuales. Actualmente, incluso los órganos de cerdos más fuertemente editados todavía requieren una inmunosupresión significativa en los receptores, planteando preocupaciones sobre la seguridad a largo plazo y el riesgo de infección.El objetivo es crear órganos que requieren mínima o no inmunosupresión, pero esto todavía no se ha logrado.
Riesgo de infecciones Zoonóticas
Los cerdos protegen virus que pueden infectar células humanas, especialmente los retrovirus endógenos porcina (PERVs). Estos se integran en el genoma de cerdo y no pueden ser eliminados por la cría convencional. CRISPR se ha utilizado para inactivar todas las PERV en células de cerdos al apuntar sus genes de polimerasa (las llamadas PERV-C y PERV-A copias).
Seguridad y Estabilidad de Múltiples Modificaciones de Gene
La edición de múltiples genes en la misma célula aumenta el riesgo de mutaciones fuera de la meta, reorganizaciones cromosómicas o efectos no deseados en la meta. La salud a largo plazo de los cerdos que llevan muchas ediciones también es una preocupación: algunas modificaciones podrían perjudicar la función normal del órgano o causar anomalías del desarrollo.
Cárceles regulatorios y éticos
La Xenotransplantación con animales modificados genéticamente plantea preocupaciones éticas sobre el bienestar animal, la modificación de los genomas animales y el potencial de consecuencias ecológicas no deseadas si los animales escapan. La ética de usar sujetos humanos para ensayos iniciales, especialmente cuando se dispone de tratamientos convencionales (por ejemplo, diálisis para la insuficiencia renal), también se debaten los marcos reguladores que están siendo desarrollados por la FDA, la Agencia Europea de Medicamentos y otros ensayos clínicos.
Consideraciones éticas y de seguridad
El paisaje ético para los órganos donantes universales de CRISPR es multifacético. Por un lado, el potencial para salvar miles de vidas cada año es inmenso: la lista de espera para los órganos en EE.UU. solo incluye más de 100.000 individuos, y muchos mueren antes de recibir un trasplante. La Xenotransplantación podría ofrecer un suministro ilimitado de órganos, eliminando la necesidad de donantes fallecidos y reduciendo el turismo de trasplante y el comercio ilegal de órganos.
Desde una perspectiva de seguridad, la preocupación principal es el surgimiento de una enfermedad novedosa de cerdo a humano. Los PERV son el riesgo más estudiado, pero otros patógenos de cerdo (por ejemplo, citomegalovirus porcina, herpesvirus linfrópico porcino) también pueden infectar las células humanas. Se permitirá el examen riguroso de los cerdos donantes y la profilaxis potencialmente antiviral.
La Organización Mundial de la Salud (OMS) ha establecido un programa dedicado a la xenotransplantación para proporcionar orientación internacional y coordinar los enfoques regulatorios, haciendo hincapié en los principios éticos y las normas de seguridad.
Perspectivas y Conclusión futuras
El camino hacia los órganos donantes universales sigue en sus primeras etapas, pero la convergencia de la tecnología CRISPR, los avances en la inmunología y una comprensión más profunda de las barreras xenotransplantación ofrecen un optimismo sin precedentes. A corto plazo (5-10 años), ensayos clínicos limitados de riñones y corazones de cerdos modificados genéticamente son propensos a comenzar, potencialmente como terapias puente para pacientes con necesidad urgente y sin opciones alternativas.
Además, las tecnologías desarrolladas para la xenotransplantación también pueden alimentarse en la alotransplanación (humano-humano). Por ejemplo, la edición de CRISPR de órganos humanos durante la perfusión ex vivo podría "universalizar" el tipo de sangre o el estado de HLA, haciendo que cualquier órgano donado sea adecuado para cualquier receptor. Esto terminaría efectivamente el problema de la escasez de órganos debido a la incompatibilidad inmunológica.
Para concluir, la tecnología CRISPR está transformando el paisaje de la medicina del trasplante permitiendo la creación de órganos animales genéticamente modificados que puedan evadir el sistema inmunitario humano. Mientras persisten obstáculos relacionados con la seguridad, la eficacia y la ética, los primeros trasplantes de cerdo a humano ya han demostrado el potencial de este enfoque.Con la inversión continua en investigación, supervisión regulatoria rigurosa y diálogo abierto con el público, los órganos donantes universales podrían convertirse en una realidad en el próximo decenio, salvando innumerables vidas y sin problemas terapéuticos.