Dans une étude récente publiée dans Natureune équipe de chercheurs américains a utilisé un donneur porcin génétiquement modifié pour développer des greffes de rein, qui ont ensuite été transplantées dans un modèle de primate non humain pour tester sa fonction vitale à long terme.
Étude: Conception et test d’un donneur porcin humanisé pour la xénotransplantation. Crédit d’image : David Tadevosian/Shutterstock.com
Sommaire
Arrière-plan
La xénotransplantation, qui utilise des tissus, des organes ou des cellules non humains pour des applications médicales sur des humains, est une réponse prometteuse à la pénurie d’organes dans le monde.
Cependant, pour que les xénogreffes soient prêtes à être utilisées en clinique, elles doivent être testées dans le cadre d’essais cliniques approfondis. Cela ne pourra se produire qu’après que l’efficacité et la sécurité des xénogreffes développées sur des donneurs porcins génétiquement modifiés auront été testées sur des modèles de primates non humains.
Bien que des tissus rénaux modifiés chez des donneurs porcins aient été testés sur des singes de l’Ancien Monde et que ces études aient contribué de manière significative à la compréhension des défis de la xénotransplantation, ces organes ne sont pas encore prêts pour une utilisation clinique.
Certains des défis rencontrés jusqu’à présent incluent l’incompatibilité de la taille des organes de xénogreffe, car ils ont été développés dans des races commerciales de porcs et sont trop gros pour remplacer les organes humains.
De plus, les différences dans le nombre de glycanes chez les primates non humains et chez les humains entraînent également des problèmes d’incompatibilité et, souvent, ces greffons n’expriment pas tous les transgènes humains. La présence de séquences rétrovirales endogènes (PERV) chez les donneurs porcins présente également un risque de zoonose.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé une race de porcs miniatures humanisés du Yucatan comme donneur porcin pour développer des greffes rénales sans les trois principaux glycanes et avec les gènes rétroviraux porcins inactivés.
Les greffons ont également été conçus pour surexprimer les transgènes humains. Ces greffons rénaux ont été transplantés dans Macaca fasciculaire ou des singes cynomolgus, qui ont servi de modèles de primates non humains pour tester l’efficacité et la sécurité des greffes rénales.
La surface cellulaire des cellules porcines présente trois glycanes majeurs produits par trois gènes impliqués dans la synthèse des glycanes : la cytidine monophospho-Nacétylneuraminique acide hydroxylase, la glycoprotéine α-galactosyltransférase 1 et la β-1,4-N-acétylgalactosaminyltransférase 2.
Les humains et d’autres primates, tels que les singes de l’Ancien Monde, ont préformé des anticorps contre ces trois antigènes glycanes, ce qui entraîne le rejet, médié par les anticorps, des xénogreffes exprimant les trois glycanes.
Une conception de guide d’acide ribonucléique (ARN) à guide unique associée à la protéine 9 (Cas9) à répétitions palindromiques courtes et régulièrement espacées en grappes (CRISPR) a été utilisée pour cibler les gènes codant pour les trois principaux glycanes exprimés à la surface des cellules porcines.
Le noyau des cellules modifiées a ensuite été utilisé pour le transfert nucléaire de cellules somatiques (SCNT) afin de produire des porcs présentant ces modifications. Les porcs fabriqués après SCNT étaient tous des cochons miniatures femelles du Yucatan (Sus scrofa domestique).
La coloration immunohistochimique a été utilisée pour comparer des échantillons de reins âgés de huit semaines provenant de porcs du Yucatan de type sauvage et transgéniques afin de déterminer l’expression de protéines humaines telles que la thrombomoduline, CD46, CD47, CD55, le récepteur endothélial de la protéine C, etc.
De plus, les intensités fluorescentes moyennes ont été mesurées pour les protéines transgéniques des glomérules, des vaisseaux sanguins, des tubules et des tissus rénaux entiers.
Divers tests et mesures tels que l’analyse de filtration glomérulaire, le test de cytotoxicité, le test du complexe thrombine-antithrombine III (TAT), l’analyse des immunoglobulines (Ig) M et IgG anti-porcine des primates, et bien d’autres, ont été effectués pour évaluer la compatibilité et la sécurité du xénogreffes.
Les xénogreffes de rein ont été transplantées chez des hommes et des femmes. M. fasciculaire singes cynomolgus et surveillés en postopératoire par échographie, débit urinaire, hématologie, chimie clinique et analyses histopathologiques de biopsies rénales.
Résultats
Les résultats ont indiqué que le donneur porcin transgénique portait 69 modifications génomiques, notamment l’élimination des trois principaux glycanes de surface, l’inactivation des gènes rétroviraux endogènes porcins et la surexpression des transgènes humains.
Les différentes analyses fonctionnelles réalisées in vitro ont suggéré que la modulation de l’inflammation par les cellules endothéliales rénales génétiquement modifiées était suffisamment forte pour les rendre difficiles à distinguer des cellules endothéliales humaines, indiquant un niveau élevé de compatibilité avec le système immunitaire humain.
Les reins dont seuls les trois gènes de glycane porcin avaient été éliminés ont démontré une faible survie du greffon après avoir été transplantés dans le modèle de primate non humain. En comparaison, ceux modifiés pour éliminer les trois gènes glycanes et surexprimer les transgènes humains ont présenté une survie significativement meilleure chez les singes cynomolgus.
Les chercheurs ont rapporté que, bien que l’inactivation des trois principaux gènes producteurs de glycanes ait diminué de manière significative la liaison des anticorps préformés aux antigènes porcins, une liaison résiduelle des anticorps était toujours observée en raison des xénoantigènes mineurs restants.
En outre, le test de cytotoxicité a révélé des niveaux d’activité cytotoxique plus élevés dans les sérums des modèles de singes de l’Ancien Monde que dans ceux des humains.
Conclusions
Dans l’ensemble, les résultats ont fourni la preuve que le in vivo l’expression de transgènes humains a amélioré de manière significative la survie des xénogreffes par opposition à l’inactivation des gènes des glycanes porcins seuls.
En outre, l’étude a également montré que les primates non humains constituaient un modèle viable pour les études précliniques visant à tester les xénogreffes.
