Züchtungskunde, 88, (1) S. 32-51, 2016, ISSN 0044-5401
© Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart
Scientific Articles
Experimentelle Ansätze zur Überwindung der akuten
vaskulären Abstoßungsreaktion nach Verwendung
porciner Xenotransplantate
Hellen Elisa Ahrens1 ; B. Petersen1 ; Doris Herrmann1 ; R. Schwinzer2 ; D. Rataj3 ; A. Tiede3 ; M. Winkler4 ; W. Ramackers4 ; A. Bongoni5 ; R. Rieben6 ; h. Niemann1 ; 1 Institut für Nutztiergenetik, Friedrich-Loeffler-Institut, Mariensee, Neustadt am Rübenberge. E-Mail: hellen.ahrens@fli.bund.de, bjoern.petersen@fli.bund.de, heiner.niemann@fli.bund.de ; 2 Transplantationslabor, Klinik für Allgemein-, Viszeral- und Transplantationschirurgie, Medizinische Hochschule Hannover, Hannover ; 3 Klinik für Hämatologie, Hämostaseologie, Onkologie und Stammzelltransplantation, Medizinische Hochschule Hannover, Hannover ; 4 Klinik für Allgemein-, Viszeral- und Transplantationschirurgie, Medizinische Hochschule Hannover, Hannover ; 5 St. Vincent’s Hospital, Melbourne, VIC, Australien ; 6 Departement Klinische Forschung, Universität Bern, Bern, Schweiz
Die Übertragung porciner Xenotransplantate auf Menschen wird als vielversprechende Lösung für den Mangel an geeigneten humanen Spenderorganen angesehen, geht jedoch mit schweren Immunreaktionen einher. Um die Abstoßung von Xenotransplantaten zu verhindern, bedarf es der genetischen Modifikation der Spendertiere.
In dieser Arbeit wurden zwei unterschiedliche Ansätze verfolgt, um die akute vaskuläre Abstoßungsreaktion zu verhindern. Das erste Schweinemodell kombiniert die Expression von zwei anti-apoptotischen und entzündungshemmenden Transgenen, humane Hämoxygenase-1 (hHO-1) und humanes A20 (hA20), mit einem durch Zinkfinger-Nukleasen vermittelten Knockout des porcinen ¿-Galactosyltransferase-Gens (GGTA1-KO). In ex-vivo -Perfusionen mit humanem Blut wurde gezeigt, dass Nieren der GGTA1-KO/hHO-1/hA20-transgenen Schweine im Gegensatz zu Wildtypschweinen vor einer akuten vaskulären Abstoßung geschützt waren.
Im zweiten Schweinemodell wurde die Expression von Tissue Factor (TF), einem wesentlichen Faktor in der Koagulationskaskade, durch siRNA-vermittelte RNA-Interferenz signifikant reduziert. Die verringerte TF-Expression korrelierte mit einer signifikanten Verlängerung der Gerinnungszeit nach Inkubation von Endothelzellen auf Mikrocarrier-Beads mit humanem Vollblut. Zudem war die Thrombusbildung in einem Flusskammerversuch nach Perfusion mit plättchenreichem humanem Plasma signifikant reduziert.
Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass beide Schweinelinien vielversprechende xenoprotektive Effekte vermitteln können. Die genetischen Modifikationen werden in neue multi-transgene Spenderschweine integriert werden, um so die Abstoßungsreaktion porciner Organe nach Transplantation in Primaten zu vermindern oder komplett zu verhindern.
Diese Arbeit wurde durch das Exzellenzcluster REBIRTH, den DFG TR CRC 127, den Schweizerischen Nationalfonds für die wissenschaftliche Forschung und das EU-Project „Xenome“ gefördert.
Xenotransplantation; transgene Schweine; akute vaskuläre Abstoßungsreaktion
Experimental approaches towards overcoming the acute vascular rejection during pig-to-primate xenotransplantation
Pig-to-human xenotransplantation is considered a promising solution for the lack of suitable human donor organs. However, it is associated with severe immune reactions. To prevent xenograft rejection, genetic modification of the donor animals is required.
This thesis pursued two different strategies to prevent the acute vascular rejection. In the first pig model, expression of two anti-apoptotic/anti-inflammatory transgenes, i.e. human heme oxygenase 1 (hHO-1) and human A20 (hA20), was combined with a zinc-finger nuclease-mediated knockout of the ¿-galactosyltransferase gene. Kidneys from GGTA1-KO/hHO-1/hA20-transgenic pigs were protected from acute vascular rejection during ex vivo perfusion with human blood in contrast to kidneys from wild-type pigs.
In the second porcine model, expression of tissue factor (TF), an important factor in the coagulation cascade, was significantly reduced by siRNA-mediated RNA interference. The decreased TF expression correlated with a significant prolongation of coagulation time after incubation of endothelial cell-coated beads with human whole blood. Thrombus formation was significantly decreased after perfusion of endothelial cells with human platelet rich plasma in a flow chamber.
Results of this study show that both pig lines can provide promising xenoprotective effects. These genetic modifications will be integrated into new multi-transgenic donor pigs to reduce or prevent the xenograft rejection after pig-to-primate xenotransplantation.
This project was funded by Cluster of Excellence REBIRTH, DFG TR CRC 127, the Swiss National Science Foundation, and the EU project “Xenome”.
Xenotransplantation; transgenic pigs; acute vascular rejection