Aktuální číslo:

2021/5

Téma měsíce:

150 let Vesmíru

Transplantace

 |  4. 6. 2017
 |  Vesmír 96, 324, 2017/6
 |  Seriál: Imunologie, 9. díl (PředchozíNásledující)

Imunitní systém je pro naše přežívání v prostředí plném infekčních mikroorganismů zásadně důležitý, ale jeho nepatřičná aktivace způsobuje potíže. To platí nejen pro autoimunitní a alergická onemocnění (viz předchozí díly seriálu), ale i pro orgánové transplantace.

Již v druhé polovině 19. století si chirurgové povšimli, že je kupodivu zásadní rozdíl, jestli použijí při léčbě poranění (např. popáleniny) kůži pocházející z jiného místa vlastního těla pacienta, nebo z jiného dárce. V prvním případě se kůže prakticky vždy dobře přihojila, zatímco v druhém vydržela maximálně 2–3 týdny. Během dalších desetiletí se při pokusech s laboratorními zvířaty ukázalo, že tento záhadný jev souvisí s vnitrodruhovými genetickými rozdíly a s aktivitami imunitního systému.

Detailní zkoumání mechanismů transplantační odhojovací reakce výrazně přispělo k objasnění řady obecných imunitních mechanismů. Mimořádně plodné bylo přitom využití inbredních, tedy geneticky homogenních kmenů myší. Jejich křížením a využitím metod klasické genetiky se v padesátých letech podařilo identifikovat genový komplex na myším 17. chromozomu (nazvaný H–2), který kódoval záhadné „histokompatibilitní antigeny“. O něco později imunologové odhalili obdobné geny a jejich proteinové produkty i u lidí a nazvali je HLA. Obecně, bez ohledu na živočišný druh, se těmto povrchovým molekulám začalo říkat MHC-glykoproteiny.1)

Dobře si pamatuji, jak se ještě koncem sedmdesátých let 20. století tápavě spekulovalo o jejich možné biologické roli (evoluce určitě nebyla vedena snahou komplikovat práci chirurgům). Během osmdesátých let se ukázalo, že jsou to klíčové molekuly imunitního systému, protože vážou krátké peptidové fragmenty proteinů, které v buňce buď vznikly, nebo jí byly pohlceny.

Pokud je buňka infikovaná nebo pohltila nějaký nebezpečný mikroorganismus, na jejím povrchu se objeví komplexy obsahující fragmenty z proteinů parazita. Ty mohou být rozpoznány různými typy T-lymfocytů a spouštějí různé obranné reakce antigenně specifické části imunitního systému.

Pro tuto funkci je velmi výhodné, aby geny kódující MHC-glykoproteiny byly mimořádně rozmanité (polymorfní) a v populaci se vyskytovaly ve stovkách různých variant, z nichž každá kóduje protein vázající jiný typ peptidových fragmentů, neboť to mocně rozšiřuje repertoár fragmentů cizorodých proteinů vystavovaných na površích infikovaných buněk. Tato obrovská rozmanitost je ale bohužel hlavní příčinou komplikací při transplantacích: T-lymfocyty příjemce rozpoznávají cizorodé varianty MHC-proteinů buněk transplantátu úplně stejně, jako kdyby tyto buňky byly masivně infikované nějakým virem. (K méně intenzivnímu odhojování transplantátu může docházet, i pokud dárce a příjemce mají MHC-proteiny shodné, ale liší se ve větším počtu jiných genových produktů.)

Náhradní orgány

Transplantovaný orgán nebo tkáň se označuje podobně jako při ovocnářském roubování jako „štěp“. Štěpy pocházející od dárce geneticky identického s příjemcem (identická dvojčata, jedinci inbredních kmenů zvířat) jsou „syngenní“ a pochopitelně u nich nedochází k odhojování. Štěpy od geneticky neidentického dárce z téhož živočišného druhu jsou „alogenní“, od jedince jiného živočišného druhu „xenogenní“. Jako „autologní“ transplantace se označuje přenos tkání nebo buněk jedince na jiné místo jeho organismu.

Dárci orgánů jsou buď zemřelé, nebo (v případě párových ledvin či části jater) i žijící osoby. Transplantace od žijících dárců jsou výhodnější, protože transplantovaný orgán je kvalitnější (méně poškozený). Nejpočetnější jsou transplantace ledvin (jen v Evropě a USA kolem 40 000 ročně), jater (cca 15 000), srdcí (cca 5000) a rohovky (cca 15 000). V České republice bylo v roce v roce 2015 transplantováno více než 450 ledvin, 75 srdcí, 188 jater, ale také 34 plic a 37 pankreatů.

Zdálo by se, že pro úspěch orgánové transplantace je kriticky důležitá co nejlepší genetická shoda (zvláště v genech HLA) mezi dárcem a příjemcem. To už ale dnes není tak docela pravda, protože nynější účinné imunosupresivní léky docela dobře potlačí i intenzivnější odhojovací reakce u geneticky velmi rozdílných párů. Jako daleko důležitější se proto jeví kvalita orgánu, který je k dispozici (krátká doba od konstatování mozkové smrti dárce, kvalitní uchovávání a transport). Velice důležité ale je vyšetřit, jestli příjemce nemá protilátky proti buňkám dárce (mohou být důsledkem např. krevních transfuzí od dárců částečně geneticky podobných dárci orgánu) – přítomnost takových protilátek by vedla k rychlé likvidaci transplantátu. I tak je ale vždy lepší, když je genetický rozdíl co nejmenší (např. pokud je dárcem blízký příbuzný). Co nejlepší genetická shoda je ale zásadně důležitá v případě transplantace kostní dřeně (viz níže).

Nefunkční krvetvorba

Transplantace hematopoetických kmenových buněk se používá v případech, kdy u pacienta nefunguje nebo špatně funguje krvetvorba. To může nastat u některých vrozených poruch, při poškození nějakým vnějším vlivem (ionizující záření, některé chemikálie) nebo u některých leukemií, kdy se i v kostní dřeni množí maligní buňky. Dříve se pro tento postup používal název „transplantace kostní dřeně“, ale dnes lze ony kmenové buňky získávat nejen z kostní dřeně, ale také z pupečníkové krve nebo z krve dárce po stimulaci růstovými faktory, které je z kostní dřeně vypudí.

Vlastní „transplantace“ je technicky jednoduchá a odpovídá spíše krevní transfuzi – suspenze směsi buněk se injikuje do žíly příjemce a kmenové buňky si samy najdou cestu do kostní dřeně, usídlí se tam a zhruba během tří týdnů se začnou diferencovat do různých typů krevních buněk.

Před transplantací kmenových buněk je většinou potřeba v kostní dřeni „uvolnit prostor“ a zničit vadné kmenové buňky (a spolu s nimi i ostatní bílé krvinky) příjemce (ozářením nebo cytostatiky). Od toho okamžiku až do nastartování krvetvorby z přenesených zdravých kmenových buněk nemá pacient prakticky žádné bílé krvinky, je vážně ohrožen i banálními infekcemi, a proto je nutný jeho pobyt ve sterilním prostředí.

K odmítání takovéhoto transplantátu kmenových buněk by nemělo docházet, protože pacientovi byly předem jeho imunitní buňky zlikvidovány. Hlavním imunologickým problémem je v tomto případě něco jiného – tzv. reakce štěpu proti hostiteli (GvH).2) Ta spočívá v tom, že T-lymfocyty dárce přítomné v přenesené suspenzi buněk rozeznávají MHC proteiny na povrchu buněk příjemce jako cizorodé a napadají je. Během několika dní až týdnů dochází zejména k poškození střevní sliznice, jater a kůže. Této reakci je možno alespoň částečně zabránit výběrem dárce geneticky co nejpodobnějšího hostiteli, důkladným odstraněním T-lymfocytů z transplantované suspenze a účinnou imunosupresí. Ale ani potom nemusí být vyhráno – za několik měsíců i let se může rozvinout chronická reakce, která připomíná některá autoimunitní onemocnění (chronické záněty cév, kůže, vnitřních orgánů nebo žláz) a může vést k postupné ztrátě funkce postižených tkání.

Pokud se transplantace krevních kmenových buněk používá k léčbě leukemie, může být ale přítomnost malého množství T-lymfocytů v transplantované suspenzi žádoucí, neboť ty mohou zlikvidovat malé množství zbývajících leukemických buněk. Odstraní- li se tedy z transplantované suspenze důkladně T-lymfocyty, omezí se sice riziko reakce GvH, ale pacient je více ohrožen relapsem leukemie.

Některé tkáně (např. nervové, oční rohovka, tkáně gonád) jsou po transplantaci odhojovány mnohem méně intenzivně než jiné, a říká se jim proto „imunologicky privilegované“. Je tomu tak proto, že u zvláště citlivých a funkčně důležitých tkání a orgánů jsou i při infekcích obecně tlumeny zánětlivé obranné reakce, které by je mohly poškodit, a využívá se spíše protilátek.

Potlačení odhojovací reakce

Pro úspěch transplantací je samozřejmě nezbytné použití imunosupresivních léků. Po určité době koexistence oslabeného imunitního systému příjemce s alogenním transplantátem se sice vyvine částečná tolerance, avšak pacienti přesto musí nižší dávky imunosupresivních léků brát trvale. To s sebou nese zvýšené nebezpečí infekcí a některých nádorových onemocnění.

Ideální by bylo navodit nějakým způsobem stabilní toleranci k transplantátu, a umožnit tak vysazení imunosupresivní léčby. V experimentálních myších modelech se navození transplantační tolerance daří docela dobře – postačí např. těsně před transplantací i jediná injekce protilátky proti povrchové molekule CD4 T-lymfocytů. V klinické praxi však podobné postupy doposud selhávaly. Bylo však popsáno několik případů, kdy pacienti svévolně přestali imunosupresiva brát, a přesto transplantovaná ledvina zůstala v pořádku – zjevně tedy u nich samovolně došlo k navození tolerance. U většiny takových případů byla však výsledkem nedisciplinovanosti ztráta transplantovaného orgánu.

Xenotransplantace

Velkým problémem u orgánových transplantací zůstává nedostatek vhodných dárců (bylo by jich zapotřebí zhruba pětkrát více). Řešením by bylo použití vhodných zvířecích orgánů, např. prasat. Problém ale je, že kromě velkých rozdílů lidských a prasečích MHC-proteinů a jiných povrchových molekul obsahuje lidské sérum značné množství přirozených protilátek, které se vážou na sacharidové struktury prasečích buněk a aktivují komplement. To by způsobovalo velmi rychlé („hyperakutní“) odhojování takových transplantátů.

V posledních dvaceti letech bylo velké úsilí věnováno přípravě transgenních prasat, jejichž buňky by nesly méně antigenů rozeznávaných lidskými přirozenými protilátkami a měly některé povrchové proteiny nahrazené molekulami lidskými. Transplantace využívající orgány z takto „humanizovaných“ zvířat by již měla být zvládnutelná běžnými imunosupresivními prostředky. Tento postup ale prozatím nebyl v klinické praxi použit – hlavně kvůli obavám z přenosu zvířecích retrovirů do lidské populace (podobně jako se to stalo u retroviru HIV, který se do lidské populace dostal z afrických lidoopů). Nejnověji však byla připravena geneticky modifikovaná prasata, z jejichž genomu byly všechny potenciálně nebezpečné retrovirové sekvence eliminovány.3) Je tedy docela možné, že se již brzy takovýchto xenotransplantací dočkáme.

v dalším čísle imunitní systém a nádory

Poznámky

1) MHC – major histocompatibility complex (odvozeno od názvu příslušného genového komplexu). Oba objevy přinesly svým autorům Nobelovy ceny: Baruj Benacerraf, Jean Dausset, George D. Snell (1980), Peter C. Doherty, Rolf M. Zinkernagel (1996).

2) Graft versus host.

3) Viz Jaroslav Petr, Návrat xenotransplantací, Vesmír 95, 332, 2016/6.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Imunologie
RUBRIKA: Glosy

O autorovi

Václav Hořejší

Prof. RNDr. Václav Hořejší, CSc., (*1949) vystudoval Přírodovědeckou fakultu UK v Praze. V Ústavu molekulární genetiky AV ČR, v. v. i., který od roku 2005 řídí a kde je vedoucím oddělení molekulární imunologie, se zabývá povrchovými a signalizačními molekulami buněk imunitního systému. Přednáší imunologii na Přírodovědecké fakultě UK v Praze.
Hořejší Václav

Doporučujeme

Jaké to je být fanouškem

Jaké to je být fanouškem

Dan Bárta  |  3. 5. 2021
Jsem ročník 1969. Poprvé jsem uviděl Vesmír na stole v kuchyni u svého spolužáka z gymplu v půlce osmdesátek. Na mou nejapnou otázku, jestli „jede...
Složitá jednoduchost virů

Složitá jednoduchost virů uzamčeno

Ivan Hirsch, Pavel Plevka  |  3. 5. 2021
Místo tradičního redakčního rozhovoru tentokrát nabízíme dialog virologů dvou generací a odlišných specializací, Ivana Hirsche a Pavla Plevky.
Časy Vesmíru

Časy Vesmíru

Tomáš Hermann  |  3. 5. 2021
První číslo Vesmíru vyšlo 3. května 1871, časopis tedy letošním květnovým číslem slaví 150. narozeniny. Při cestě do jeho historie můžeme za...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné