RSS Feed (xml)
Berbagai kemajuan dalam ilmu kedokteran mendasari operasi unik yang dilakukan di University of Alabama at Birmingham (UAB) musim gugur lalu dan baru saja dipublikasikan di American Journal of Transplantation — transplantasi ginjal babi ke manusia pertama menggunakan model manusia yang telah meninggal dengan standar klinis. Meskipun kemajuan penting seperti modifikasi genetik babi dilakukan di tempat lain, UAB memberikan kontribusi besar melalui penggunaan penerima manusia yang telah meninggal untuk menghasilkan data terkait keamanan dan kelayakan.
Model Praklinis Manusia
Meskipun donor organ yang telah meninggal otak secara rutin dipertahankan dengan alat bantu hidup hingga penerima organ mereka teridentifikasi, UAB kini menjadi yang pertama mempublikasikan hasil model praklinis manusia baru ini untuk menguji isu keamanan dan kelayakan pada penerima organ yang telah meninggal otak, seorang pria berusia 57 tahun.
Model ini diperlukan karena uji ekstensif transplantasi ginjal babi yang dihumanisasi pada primata non-manusia tidak dapat menjawab pertanyaan-pertanyaan penting akibat perbedaan biologis antara primata non-manusia dan manusia. Kesenjangan pengetahuan tentang berbagai risiko ini harus diisi sebelum mengembangkan uji klinis pertama pada manusia yang hidup.
Salah satu pertanyaan utamanya adalah: Apakah ginjal dari babi dapat beradaptasi dengan lingkungan manusia dewasa? Tekanan darah menjadi salah satu kendala, karena primata non-manusia dan babi memiliki tekanan darah arteri rata-rata yang lebih rendah dibandingkan manusia dewasa. Tanpa model praklinis manusia, ahli bedah tidak dapat memastikan bahwa integritas vaskular akan tetap terjaga setelah transplantasi.
Hal yang sama pentingnya, menurut para peneliti UAB, adalah stabilitas hemodinamik relatif dari penerima setelah reperfusi, yang menunjukkan bahwa pembuangan mediator inflamasi dari xenograft tidak memicu keruntuhan kardiovaskular. Eksperimen ini juga menguji apakah komplikasi yang mengancam jiwa dapat terjadi selama operasi.
“Dengan melakukan transplantasi ini,” kata Dr. Jayme Locke, ahli bedah transplantasi, “kami mampu menunjukkan bahwa Anda dapat mengambil ginjal dari babi yang telah dimodifikasi secara genetik, memasukkannya ke manusia yang telah meninggal otak, dan ginjal tersebut tetap mempertahankan integritasnya. Ginjal tersebut berfungsi secara normal, seperti allograft manusia. Anastomosis vaskular tetap utuh, dan tidak ada episode perdarahan besar, semua hal yang penting untuk ditetapkan dalam model praklinis manusia sebelum diterapkan pada manusia yang hidup.”
Locke adalah profesor di Departemen Bedah Divisi Transplantasi, UAB Marnix E. Heersink School of Medicine.
Penolakan Imun
Penyuntingan gen pada babi untuk mengurangi risiko penolakan imun telah memungkinkan transplantasi organ dari babi ke manusia, yang dapat membantu ribuan orang yang menghadapi gagal organ, penyakit, atau cedera. Umur alami babi adalah 30 tahun, mereka mudah berkembang biak, dan memiliki organ yang ukurannya mirip dengan manusia.
Penelitian pada primata non-manusia tidak dapat sepenuhnya menjawab apakah ginjal babi yang dihumanisasi akan menghindari penolakan hiperakut pada manusia. Hanya pengalaman xenotransplantasi pada manusia yang dapat menguji hal ini sepenuhnya. Penjelasan istilah : Xenotransplantasi manusia adalah prosedur medis yang melibatkan transplantasi, implantasi, atau infus jaringan, organ, atau sel hidup dari hewan ke tubuh manusia. Istilah "xeno" berasal dari bahasa Yunani yang berarti "asing" atau "berbeda," sehingga xenotransplantasi mengacu pada penggunaan bahan biologis yang berasal dari spesies lain untuk menggantikan fungsi tubuh manusia.
Penolakan hiperakut terjadi dalam hitungan menit jika sistem imun penerima mengenali organ donor sebagai benda asing, jelas Dr. Paige Porrett, ahli bedah transplantasi UAB, yang juga direktur Penelitian Klinis Translasional di Comprehensive Transplant Institute. Saat tim UAB melakukan reperfusi ginjal babi yang ditransplantasikan musim gugur lalu, “Kami menunggu dengan cemas, selama beberapa detik, hingga beberapa menit.”
“Ginjal itu berubah menjadi merah muda yang indah,” kata Locke, “dan dalam 23 menit, ginjal mulai memproduksi urin.” Ginjal tetap berfungsi hingga eksperimen diakhiri setelah 77 jam.
Pengembangan Uji Pencocokan Baru
Sebelum transplantasi ginjal manusia di UAB — yaitu transplantasi dari donor manusia hidup atau yang telah meninggal otak ke penerima penyakit ginjal stadium akhir — Laboratorium Histokompatibilitas dan Imunogenetika UAB melakukan crossmatch. Tes imun ini mengungkapkan apakah organ donor kompatibel atau tidak dengan penerima.
Untuk xenotransplantasi ginjal babi musim gugur lalu, laboratorium harus mengembangkan kontrol uji crossmatch baru untuk kompatibilitas babi ke manusia, menggunakan pendekatan komprehensif. Dengan menyaring ratusan serum penerima manusia yang tersimpan, tim laboratorium berhasil menetapkan kontrol positif dan negatif untuk pertama kalinya.
Tes ini menyaring keberadaan antibodi yang sudah terbentuk pada penerima yang bereaksi dengan antigen pada babi donor yang dapat menyebabkan penolakan ginjal hiperakut. Serum darah dari penerima dicampur dengan limfosit dari donor yang diusulkan, lalu diuji menggunakan uji flow cytometry crossmatch, yang merupakan standar emas. Tes ini memakan waktu empat hingga enam jam.
“Pengembangan uji baru ini sangat penting untuk memungkinkan penggunaan xenotransplantasi secara luas pada populasi manusia dengan penyakit ginjal stadium akhir,” kata Locke. “Kini kami memiliki bukti bahwa crossmatch yang kami kembangkan sangat akurat dan dapat memprediksi kompatibilitas antara xenograft babi dan penerima manusia.”
Namun, masih ada pertanyaan besar — jika terjadi reaktivitas terhadap organ babi, antigen spesifik apa yang dikenali oleh antibodi serum? Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menyempurnakan tes crossmatch babi ke manusia.
Bagi tim xenotransplantasi UAB, tes crossmatch yang dilakukan sebelum operasi menunjukkan kompatibilitas antara ginjal babi dan penerima yang telah meninggal. Namun, hanya operasi itu sendiri yang dapat mengonfirmasi kompatibilitas.
Pemantauan Kesehatan Ginjal
Kontribusi penting lainnya dari penelitian ini adalah pemantauan kesehatan ginjal melalui biopsi harian oleh Departemen Patologi UAB. Biopsi ini menunjukkan pembentukan gumpalan darah mikroskopis dengan penyebab dan signifikansi yang belum jelas. Tim UAB sedang melakukan investigasi tambahan untuk memahami temuan ini dengan lebih baik.
Babi yang dimodifikasi dengan 10 gen manusia
Revivicor, anak perusahaan dari United Therapeutics Corporation, menyediakan babi yang telah dimodifikasi secara genetik sebagai sumber ginjal xenotransplantasi investigasi yang disebut UKidney™. Upaya untuk memodifikasi babi secara genetik guna mengurangi kemungkinan penolakan transplantasi telah dimulai sejak awal tahun 2000-an. Karena nenek moyang babi dan manusia mulai berpisah 80 juta tahun lalu, perubahan genetik pada babi diperlukan untuk mengatasi hambatan biologis yang diakibatkan oleh evolusi selama 80 juta tahun tersebut.
Sebanyak 10 gen telah diubah pada babi donor ini. Empat gen dinonaktifkan (disebut juga knockout), dan enam gen manusia disisipkan ke dalam babi (disebut juga knock-in).
Empat knockout
Tiga gen yang dinonaktifkan adalah gen untuk enzim yang menambahkan struktur karbohidrat pada sel babi yang dapat menyebabkan penolakan hiperakut. Gen-gen tersebut adalah GGTA1, β4GalNT2, dan CMAH. Gen keempat yang dinonaktifkan adalah gen reseptor hormon pertumbuhan babi, yang bertujuan mencegah ginjal tumbuh terlalu besar dalam tubuh penerima.
Enam knock-in
Gen manusia yang disisipkan bertujuan untuk membantu mencegah penolakan, baik penolakan hiperakut yang segera terjadi maupun jenis penolakan yang lebih lambat yang dapat berlangsung hingga berbulan-bulan atau bertahun-tahun setelah transplantasi.
Dua gen knock-in — DAF manusia (juga dikenal sebagai CD55) dan CD46 manusia — adalah gen penghambat komplemen. Sistem komplemen adalah bagian dari sistem imun yang meningkatkan kemampuan antibodi untuk menyerang mikroba, sel yang rusak, atau dalam konteks xenotransplantasi, sel asing. Bukti yang cukup dari xenotransplantasi pada primata non-manusia menunjukkan efek menguntungkan dari dua gen pengatur komplemen ini.
Dua gen knock-in — TBM manusia (trombomodulin) dan EPCR manusia (reseptor C endotelial) — adalah protein pengatur pembekuan darah. Kedua gen ini menunjukkan manfaat dalam mencegah pembentukan gumpalan darah mikroskopis yang disebut mikroangiopati trombotik pada cangkok. Mikroangiopati trombotik dapat menyebabkan koagulopati konsumtif, yaitu pembentukan gumpalan darah mematikan di seluruh tubuh. Protein pengatur pembekuan ini terbukti meningkatkan kelangsungan hidup organ xenotransplantasi pada primata non-manusia.
Dua gen knock-in terakhir — hemeoxygenase-1 manusia (HO1) dan CD47 manusia — adalah gen imunomodulator yang bertujuan mengurangi peradangan pada xenograft. HO1 memiliki efek antioksidatif, anti-apoptotik, dan anti-inflamasi yang kuat. Apoptosis adalah kematian sel terprogram yang terjadi ketika sel mengalami kerusakan atau infeksi. CD47 berfungsi menekan aktivasi makrofag fagositik dan infiltrasi sel T, dua bagian dari respons imun sel darah putih tubuh. Meskipun sel darah putih berfungsi melindungi tubuh dari penyakit, sel-sel ini juga dapat berkontribusi pada kerusakan organ hasil cangkok.
Batasan Model Pra-Klinis pada Manusia
Model pra-klinis pada manusia membantu menjawab pertanyaan penting tentang kelayakan dan keamanan xenotransplantasi. Peneliti dapat menggunakan informasi ini untuk merancang uji klinis xenotransplantasi pada manusia hidup. Namun, beberapa pertanyaan sulit dijawab melalui model ini.
Salah satu tantangannya adalah mengukur fungsi dasar ginjal, karena ginjal yang ditransplantasikan sangat sensitif terhadap lingkungan tempat ia ditempatkan. Fisiologi yang terganggu dalam konteks kematian otak menciptakan lingkungan yang tidak mendukung bagi transplantasi, sehingga memperlambat pemulihan organ yang tertekan. Hal ini membatasi penilaian fungsi normal ginjal, yang mencakup regulasi volume cairan darah ekstraseluler, osmolaritas, konsentrasi ion, dan pH; ekskresi limbah dan racun; serta produksi hormon.
“Mencoba memastikan fungsi ginjal dalam kondisi kematian otak selalu menjadi tantangan,” kata Locke. “Pada akhirnya, kita perlu beralih ke uji klinis Fase I di mana ginjal ini ditransplantasikan ke manusia hidup, di mana lingkungannya lebih kondusif untuk pemulihan ginjal.”
Dalam studi UAB pada musim gugur lalu, salah satu ginjal mulai memproduksi urin sekitar 23 menit setelah reperfusi pada jenazah, sementara ginjal lainnya hanya menghasilkan sedikit urin. Meskipun urin diproduksi, kadar kreatinin dalam serum darah, yaitu limbah yang biasanya dikeluarkan oleh ginjal sehat, tidak menurun. Tim UAB belum memahami mengapa terdapat perbedaan output urin antara kedua ginjal tersebut. Mereka juga belum mengetahui faktor-faktor yang mungkin memengaruhi ketidakmampuan ginjal untuk membersihkan kreatinin dari darah.
Meskipun tim UAB tidak melihat tanda-tanda tradisional penolakan organ pada ginjal babi, jenis penolakan yang lebih lambat sulit diukur dalam model pra-klinis manusia karena durasi eksperimen yang terbatas. Sebagai contoh, eksperimen xenotransplantasi UAB dihentikan setelah tiga hari, periode yang terlalu singkat untuk mengukur tanda-tanda penolakan akut yang dapat muncul dalam hitungan minggu atau bulan.
Namun, model ini menjadi jembatan untuk menyelesaikan krisis — kekurangan ginjal untuk transplantasi. Para dokter menyatakan bahwa kebutuhan akan xenotransplantasi sangat mendesak dan jelas.
Puluhan Tahun Transplantasi Ginjal Antar-Manusia
Puluhan tahun transplantasi ginjal antar-manusia telah menunjukkan bahwa penerima ginjal memiliki harapan hidup dan kualitas hidup yang lebih baik dibandingkan dengan mereka yang menjalani dialisis kronis. Sekitar 5 hingga 15 persen pasien dialisis meninggal setiap tahun, dan tingkat kelangsungan hidup delapan tahun hanya sekitar 35 persen.
Sebaliknya, transplantasi ginjal berhasil lebih dari 95 persen kasus, menyembuhkan penyakit ginjal tahap akhir. Namun, kurang dari 25.000 transplantasi ginjal dilakukan setiap tahun, sementara lebih dari 90.000 orang masuk dalam daftar tunggu transplantasi. Lebih dari 800.000 orang di Amerika Serikat hidup dengan gagal ginjal, dan sebagian besar tidak pernah mencapai daftar tunggu.
Hal ini menunjukkan bahwa diperlukan solusi radikal untuk mengatasi krisis pasokan organ, kata Locke. Jika banyak orang kompatibel untuk menerima xenograft dari babi, maka — dikombinasikan dengan alotransplantasi antar-manusia — daftar tunggu transplantasi ginjal dapat dihapus sepenuhnya.
“Konsep memiliki organ yang sudah tersedia di rak, siap untuk orang yang membutuhkannya, sungguh luar biasa untuk dipikirkan dan menggembirakan bagi orang tersebut,” kata Locke. “Saya merasa sangat beruntung menjadi bagian kecil dari teka-teki besar yang telah dikerjakan banyak orang selama bertahun-tahun.”
Memajukan Xenotransplantasi ke Klinik
Pada tahun 1962, transplantasi ginjal pertama antara pasien yang tidak memiliki hubungan genetik dilakukan dengan menggunakan imunosupresi. Pemahaman yang lebih baik tentang sistem imun dan peningkatan pengelolaan penolakan imun telah sangat memajukan keberhasilan alotransplantasi ginjal manusia. Transplantasi ginjal pertama di UAB dilakukan pada tahun 1968.
Usulan bahwa babi dapat menjadi sumber xenograft yang lebih baik karena ukuran organnya lebih mendekati ukuran organ manusia — dibandingkan dengan ukuran organ primata non-manusia yang lebih kecil — muncul pada tahun 1980-an. Penggunaan organ babi untuk transplantasi pada manusia kini tampak semakin mendekati kenyataan, berkat kemajuan dalam modifikasi genom babi yang canggih. Meskipun beberapa pertanyaan masih belum terjawab, kebutuhan akan solusi ini tidak pernah sebesar sekarang.
Di UAB, Locke memegang Arnold G. Diethelm Endowed Chair dalam Bedah Transplantasi dan menjabat sebagai direktur Divisi Transplantasi di UAB. Ia juga merupakan direktur Institut Transplantasi Komprehensif UAB. Di UAB pula, Porrett memegang Vera Hauptfeld-Dolejsek, Ph.D., Endowed Professorship dalam Imunologi Transplantasi.
Program xenotransplantasi di UAB dimulai enam tahun lalu dengan tujuan membawa xenotransplantasi ke ranah klinis. Salah satu upaya adalah membangun fasilitas hewan bebas patogen dengan ruang bedah yang didedikasikan hanya untuk xenotransplantasi manusia.
Babi yang tinggal di fasilitas tersebut dijaga bebas dari agen infeksi tertentu seperti virus sitomegalovirus babi melalui praktik perawatan hewan yang ketat. Selain itu, melalui pemeliharaan kawanan, retrovirus endogen babi jenis C (PERV-C) telah dihilangkan dari babi, membantu mencegah kemungkinan transmisi PERV ke penerima organ manusia. Babi donor diuji setiap tiga bulan oleh Laboratorium Diagnostik Hewan Universitas Minnesota untuk 13 virus babi dan satu mikoplasma.
Pada musim gugur lalu di UAB, penerima xenograft ginjal dipantau dengan ketat terhadap kemungkinan infeksi virus yang ada dalam genom babi. Sampel darah dari penerima xenotransplantasi diuji setiap hari untuk mendeteksi keberadaan retrovirus endogen babi; semua sampel dinyatakan negatif. Selain itu, tidak ditemukan sel yang berasal dari babi dalam darah penerima.
Desain utama transplantasi ginjal babi ke manusia tingkat klinis pertama UAB adalah membuatnya meniru — sejauh mungkin — setiap langkah transplantasi ginjal alograf normal antar-manusia. Ini mencakup persetujuan Dewan Peninjau Institusional, pencocokan silang sebelum operasi, menggunakan prosedur standar alotransplantasi untuk mengangkat, melestarikan, mengangkut, dan mentransplantasikan ginjal, serta memberikan terapi imunosupresan standar kepada penerima yang telah meninggal. Satu-satunya perbedaan signifikan adalah sumber ginjal dan perlakuan tambahan yang diperlukan untuk menjaga homeostasis metabolik pada penerima yang telah meninggal.
Peniruan alotransplantasi normal ini adalah pengujian terhadap infrastruktur program xenotransplantasi UAB, sekaligus menjadi dasar untuk uji klinis di masa depan. “Untuk mendapatkan persetujuan FDA, kami harus dapat menunjukkan kepada mereka bahwa kami dapat melakukan xenotransplantasi dengan cara yang sama aman dan layak seperti yang kami lakukan setiap hari saat melakukan alotransplantasi,” kata Locke. “Satu-satunya perbedaan adalah ginjalnya berasal dari babi.”
Puluhan Tahun Kemajuan Lambat
Sejarah menunjukkan bahwa kemajuan dalam transplantasi organ berlangsung lambat dan bertahap. Seorang komentator menggambarkannya sebagai cerita tentang hambatan dan bagaimana pengobatan modern mengatasinya. Komentator lain menyebutnya sejarah dari banyak upaya yang tidak berhasil dan kemunduran.
Lebih dari lima dekade telah berlalu sejak seorang ahli bedah dari Universitas Tulane mentransplantasikan ginjal simpanse ke 13 pasien penyakit ginjal tahap akhir pada tahun 1963-1964. Para penerima eksperimen ini hampir tidak memiliki alternatif selain kematian karena dialisis kronis belum tersedia saat itu. Meskipun hubungan evolusioner yang dekat antara simpanse dan manusia, tidak ada pasien yang bertahan hidup lebih dari sembilan bulan setelah operasi ini, dan hampir semuanya meninggal dalam hitungan minggu.
Namun, janji transplantasi ginjal yang menjanjikan telah ditetapkan pada tahun 1954 melalui transplantasi manusia ke manusia yang sukses antara saudara kembar identik. Ginjal yang ditransplantasikan tersebut berfungsi selama delapan tahun.
Pada tahun 1962, transplantasi ginjal pertama antara pasien yang tidak memiliki hubungan genetik dilakukan dengan menggunakan imunosupresi. Pemahaman yang lebih baik tentang sistem imun dan peningkatan pengelolaan penolakan imun telah sangat memajukan keberhasilan alotransplantasi ginjal manusia. Transplantasi ginjal pertama di UAB dilakukan pada tahun 1968.
Usulan bahwa babi dapat menjadi sumber xenograft yang lebih baik karena ukuran organnya lebih mendekati ukuran organ manusia — dibandingkan dengan ukuran organ primata non-manusia yang lebih kecil — muncul pada tahun 1980-an. Penggunaan organ babi untuk transplantasi pada manusia kini tampak semakin mendekati kenyataan, berkat kemajuan dalam modifikasi genom babi yang canggih. Meskipun beberapa pertanyaan masih belum terjawab, kebutuhan akan solusi ini tidak pernah sebesar sekarang.
Di UAB, Locke memegang Arnold G. Diethelm Endowed Chair dalam Bedah Transplantasi dan menjabat sebagai direktur Divisi Transplantasi di UAB. Ia juga merupakan direktur Institut Transplantasi Komprehensif UAB. Di UAB pula, Porrett memegang Vera Hauptfeld-Dolejsek, Ph.D., Endowed Professorship dalam Imunologi Transplantasi.
SUMBER:
Jeff Hansen. 2022. The 10-gene pig and other medical science advances enabled UAB’s transplant of a pig kidney into a brain-dead human recipient. Research and Innovation. UAB News. UAB Edu.News.
No comments:
Post a Comment