Módulo: Inmunología del trasplante

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1 Módulo: Inmunología del trasplante Inmunología clínica Universidad de Alcalá Dr. Alfredo Prieto Profesor de Inmunología Los libros de texto recomendados son Fundamental Immunology e Immunobiology. Unidad mixta CSIC/UAH IMMPA Instituto de Medicina Molecular Príncipe de Asturias Actualizado 22 Septiembre, 2006 Rechazo a trasplantes Intentar responder a estas preguntas usando los materiales y otras fuentes Que mecanismos intervienen? Por que son tan inmunogénicos los transplantes? Es mejor un donante relacionado familiarmente o donantes no relacionados? Es buena idea transplantar a una madre órganos de sus hijos? 1

2 Inmunología del trasplante: Esquema del tema 1. Rechazo de trasplantes y tolerancia 2. Leyes del trasplante 3. Tipos de trasplantes 4. Rechazo: proceso, mecanismos, tipos. 5. Prevención y tratamiento del rechazo 6. Complicaciones de la inmunosupresión 7. Enfermedad injerto contra huésped 8. Los trasplantes xenogénicos Qué es? Qué lo estimula? Qué tipos de moléculas? Cuál es el resultado? 1. Rechazo de trasplantes Respuesta inmune de un receptor contra un injerto 1. Se produce cuando el sistema inmune del receptor detecta en el injerto moléculas extrañas (diferencias genéticas) o falta de moléculas propias (MHC) 2. Las principales dianas del rechazo son las moléculas de histocompatibilidad extrañas al receptor, los antígüenos de grupo sanguineo y proteínas polimórficas. 3. El rechazo destruye el injerto. 2

3 Dianas y efectores del rechazo 1. Azucares no propios (grupo sanguíneo) 1. anticuerpos naturales 2. Moléculas de histocompatibilidad alogénicas 1. Linfocitos T alorreactivos 3. Proteínas antigénicas con secuencias extrañas 1. Linfocitos T 4. Carencia de moléculas de histocompatibilidad propias 1. Células NK Papel de las moléculas de histo-compatibilidad (MHC) alogénicas en el rechazo Las moléculas de MHC alogénicas son muy inmunogénicas 1. Educación tímica selección de timocitos que reconocen las moléculas de histocompatibilidad propias con baja afinidad 2. Eliminación de los que las reconocen con alta afinidad 3. Se genera un repertorio tolerante con las moléculas de histocompatibilidad propias pero no con las de un futuro donante. 3

4 Ejemplos de desarrollo de tolerancia En mellizos uniplacentarios (transfusión placentaria) En individuos que han recibido un trasplante de médula ósea En animales transgénicos para moléculas de histocompatibilidad se produce tolerancia a moléculas de histocompatibilidad transgénicas. 2. Leyes del trasplante Georg Schöne (Heteroplastic and Homoplastic Transplantation, 1912): 1. El transplante en otra especie (xenogénico) es rechazado siempre. 2. Los trasplantes a miembros sin relacionar de la misma especie (alogénico) casi siempre son rechazados. 3. De modo lento la primera vez y acelerado en las sucesivas (memoria). 4. Los autotrasplantes (autólogos) no son rechazados (autotolerancia). 5. A mayor consanguinidad (identidad genética) entre donante y receptor menor será la probabilidad de rechazo. 6. Estas reglas son válidas para tejidos normales y tumorales. 4

5 Primeros estudios de base genética del rechazo Salvajes AB x CD 2 Cepas Consanguíneas (homozigotos) AA x CC AC AD BC BD 25% hermanos histocompatibles AC AC AC AC 100% hermanos histocompatibles Experimentos de histocompatiblidad con ratones singénicos y congénicos BALB/C. C57bl. Permitieron la localización genética del complejo mayor de histocompatibilidad Demostraron que el rechazo es una reacción del sistema inmune que: genera memoria donante especifica y puede transferirse con trasplantes de células T Determinado por genes ligados de herencia autosómica y de expresión codominante 5

6 3. Tipos de trasplante No generan rechazo Autogénico o autólogo a uno mismo (trasplantes de piel) Isogénico (gemelos) entre individuos genéticamente idénticos Genera rechazo y requiere inmunosupresión Alogénico o heterólogo entre individuos distintos de una misma especie Con relación consanguínea alelos en común Sin relación consanguínea Xenogénico entre individuos de especies distintas Trasplantes exitosos en humanos Isotrasplante Entre individuos genéticamente idénticos (Joseph Murray 1954 trasplante renal entre gemelos idénticos). La cirugía estaba ya a punto ha ce 50 años. Alotrasplante Entre individuos compatibles en AB0 y MHC A, B, C y DR. Desde que se disponen de fármacos inmunosupresores Salen mejor con individuos relacionados familiarmente. En países donde no hay donantes cadáveres (Japón) se están realizando trasplantes entre hermanos compatibles para MHC pero no compatibles para AB0. Se dializa sangre del receptor para retirar anticuerpos. Se matan células B para que no produzcan anticuerpos. Alternativamente compran órganos en China. 6

7 Trasplantes fracasados (por ahora) en humanos Xenotrasplante Entre individuos de distintas especies Intentos con órganos de simios (chimpances, babuinos han fracasado cómo solución definitiva) La inmunosupresión requerida es incompatible con la inmunocompetencia antiinfecciosa, los trasplantados fallecen de infecciones por saprofitos y oportunistas 4. Proceso de rechazo 1. Fase eferente: El material antigénico del injerto es recogido por células dendríticas y transportado por los vasos linfáticos aferentes. 2. Fase central: Los linfocitos T y B se activan en los ganglios linfáticos en respuesta al material antigénico. 3. Fase eferente: Los anticuerpos producidos y los linfocitos T activados vuelven a través de los linfáticos eferentes a la sangre, desde donde infiltran y destruyen el órgano. 7

8 Mecanismos de rechazo 1. Anticuerpos preexistentes. Frente a: Azucares no propios. Antígenos de recuerdo que inmunizaron previamente 2. Presentación por vía directa por DC del donante (DCD). Aloreconocimiento de moléculas de histocompatibilidad extrañas. 3. Presentación por vía indirecta por DC del receptor (DCR). Reconocimiento de antígenos del donante presentados por DC propias en moléculas de histocompatibilidad propias. Activación de los linfocitos T en los transplantes: En respuesta a las moléculas de histocompatibilidad alogénicas 1. Presentación directa por APCs del donante (DAPCs) Molécula de histocompatibilidad alogénica es reconocida por TCR con alta afinidad (linfocitos no han sido educados/seleccionados por las moléculas alogénicas) 2. presentación indirecta por APCs del receptor (RAPCs) Péptido de la molécula de histocompatibilidad es procesado y presentado en una molécula de histocompatibilidad propia DAPC Presentación directa (alomhc) RAPC Presentación indirecta (automhc( automhc) MHC péptido TCR MHC péptido TCR 8

9 Tipos de rechazo (Cinética) Rechazo hiperagudo. En menos de 24 horas. Rechazo agudo. En los primeros tres meses. Rechazo crónico. Rechazo tardío posterior a tres meses. R. Hiperagudo (anticuerpos preexistentes) R. Agudo (reacción alogénica a presentación directa) R. Crónico (reacción a antígenospor peresentación indirecta) 1 90 Mecanismos de los tipos de rechazo Rechazo hiperagudo. Anticuerpos preexistentes frente a azucares ABO, MHC o azucares xenogénicos. Antígenos de recuerdo que inmunizaron previamente: Embarazos o transfusiones o trasplantes previos Unión a endotelio activación del complemento y de la coagulación: trombosis vascular y hemorragia. Y Y Falla aporte nutrientes y oxígeno Necrosis fulminante Y Y Y 9

10 Mecanismos de los tipos de rechazo Rechazo agudo. APCs del donante (vía directa) presentan antígenos y activan a linfocitos T alo-reactivos frente a moléculas de histocompatibilidad del receptor. Modelo In vitro: Mixed Lymphocyte Reaction APC donante + T receptor Medición: IFNγ, prol Frecuencia cels. respondedoras ELISPOT, CFSE, LDA Vía Directa Donor DC/APC CD80 CD86 CD28 Recipient T cell Mecanismos de los tipos de rechazo Rechazo crónico. Rechazo tardío posterior a tres meses. APCs del receptor (vía indirecta) capturan y presentan antígenos del donante a linfocitos T del receptor. Modelo in vitro Ag de donante + APC receptor + T receptor Donor cells Alo- MHC Procesamiento CD4 Recipient CD4+ T cell Recipient APC Indirecta 10

11 4. Prevención y tratamiento del rechazo: rechazo hiperágudo Por qué prevención? Una vez iniciado no responde a ningún tratamiento Se puede prevenir, no realizando transplantes entre individuos: 1. De distintas especies o grupos sanguíneos. 2. O que puedan haberse inmunizado previamente en embarazos o transfusiones sanguíneas. 3. Acondicionamiento del receptor Inmunoadsorción de anticuerpos anti grupo sanguíneo primero en España hace un año. Prevención y tratamiento del rechazo agudo Se puede prevenir Eligiendo donantes y receptores histocompatibles Eliminando del injerto las APCs del donante. Perfusión anticuerpos anti DC Se puede tratar Tratamiento inmunosupresor con altas dosis de esteroides Anticuerpos anti-linfocitos T (OKT-3). 11

12 Prevención y tratamiento del rechazo crónico Su frecuencia disminuye con 1. Prevención: elección de donantes y receptores histocompatibles. 2. Tratamiento inmunosupresor triple 1. con ciclosporina A, azatioprina y corticoesteroides. Estrategias de prevención y manejo del rechazo en el trasplante 1. Disminución de la inmunogenicidad Compatibilidad antigénica Sistema ABO anticuerpos naturales Moléculas de histocompatibilidad de clase I y clase II. Tipaje de moléculas de histocompatibilidad. A, B, C y DR previene reacciones de células T. Da trabajo a inmunólogos de guardia 2. Tratamientos inmunosupresores Inhibición de linfocitos T Inhibición de linfocitos B Inhibición de la inflamación 12

13 Nivel de histocompatibilidad y Ejercicio: Interpretad esta figura Supervivencia de los transplantes 75% gemelos 4-6 dif 35% Semivida en años a de los trasplantes renales en función n de diferencias genéticas Con relación familiar Gemelos idénticos 24.9 Hermanos compatibles (2 hap) 0 dif 50% resto 14.2 Hermanos hemicompatibles (1 hap en común) 4 difs 12.9 Sin relación familiar Ajuste perfecto MHC (0 difs) diferencias diferencias

14 Tratamientos inmunosupresores: Inhibición de linfocitos T Toxinas metabólicas: Azatioprina y ciclofosfamida eliminan células proliferantes. Eliminan linfocitos T y B Se han descubierto recientemente nuevos mecanismos de acción de la azatioprina sobre proteínas G que regulan la degranulación del macrófago y la coestimulación del infocito T a través de CD28. Anticuerpos : OKT3 (producido por un hibridoma de ratón) activa el complemento y mata linfocitos T Sistema inmune forma Anti-anticuerpos contra epítopos de Ig de ratón (murina) Anticuerpos humanizados evitan este problema. Azatioprina y ciclofosfamida 14

15 Inhibición de linfocitos T Inmunosupresores: Ciclosporina, FK506 y Rapamicina La ciclosporina el agente inmunosupresor más importante en la práctica clínica, con ella comienza la era moderna en el trasplante. Inhibe la transcripción de la interleucina, bloquea el crecimiento y diferenciación de células T dependiente de la IL-2. Inconveniente toxicidad renal considerable. FK506 Margen terapéutico más amplio. Streptomyces FKBP (tacrolimus) Rapamicina Streptomyces Rapa nui inhibe transducción desde IL- 2R (Sirolimus) Mecanismo de acción de sirolimus (rapamicina) mtor-il-2, tacrolimus FK506 CaN-TCR y ciclosporina CaN-TCR IL-2R TCR 15

16 Tratamientos inmunosupresores: Inhibición de linfocitos B Rapamicina (sirolimus)inhibe señalización IL-2 e IL-4 DUP 785(Brequinar) un inhibidor nocompetitivo de la dihidroorotatodeshidrogenasa mitochondrial 15-deoxispergualina (spanidin) detiene la maduración de linfocitos T y B Anti-CD20 Anticuerpo especifico del antígeno de células B CD20 Inhibición de la inflamación Bloqueo de transcripción y secreción de citocinas Corticosteroides Inhiben síntesis de IL-1, IL-6 y TNFα. Producción de prostaglandinas, oxígeno u óxido nítrico. Reducen la activación de células endoteliales. Nuevos agentes antinflamatorios: Antagonistas del TNFα Anticuerpos anti TNFα Infliximab Receptores solubles de citocinas TNF-Rs Enbrel (Etanercept) 16

17 Corticosteroides Inhiben síntesis de IL-1, IL-6 y TNFα. Producción de prostaglandinas, oxígeno u óxido nítrico Reduce activación de células endoteliales. x4 Remicade : development clinical data - F. Cornillie, Ph. D. Centocor Europe Chimeric A2 (ca2) Monoclonal Antibody Infliximab Human (IgG 1 ) Mouse (Binding Site for TNFα) κ Chimeric (mouse/human) IgG 1 monoclonal antibody κ Binds to TNFα with high affinity and specificity Knight JM, et al. Molecular Immunology. 1993; 16: Groupe d Etude Thérapeutique des Affections Inflammatoires du tube Digestif (GETAID) - Réunion investigateurs - Paris le 26/02/00 17

18 TNF I NHI BI TI ON WI TH ENBREL (etanercept) Receptor soluble para TNF α ENBREL Inhibits Activation of Cell-Surface Receptors ENBREL has been designed to complement the body s natural inhibition of TNF 1 TNF ENBREL Reference: 1. Data on file, Immunex Corporation, Seattle, Wash. 5. Complicaciones de la inmunosupresión 1. Infecciones por patógenos oportunistas citomegalovirus Tratamientos combinados (coctel ) profilaxis infección 2. Neoplasias causadas por virus: linfoma de células B, carcinoma epidermoide de la piel y el sarcoma de Kaposi. 3. Enfermedad injerto contra huésped (en BMT) 18

19 6. Enfermedad injerto contra huésped (Graft Versus Host Disease) En pacientes transplantados inmunodeprimidos los linfocitos del donante reconocen moléculas de histocompatibilidad del huésped extrañas y atacan sus tejidos. Prevención Eliminando los linfocitos T maleducados del injerto Depleción con OKT-3 Efectos benéficos de la GVHD: GVL Los pacientes de leucemias sometidos a BMT heterólogo que sufren GVHD tienen menor frecuencia de recidivas La enfermedad GVHD tiene un efecto antileucémico. Graft Versus Leukemia (GVL) Linfocitos T del donante se usan como terapia contra las leucemias recidivantes Hay que evitar desarrollo de GVHD severa. 19

20 Control de GVHD y GVL por terapia génica Control de la dosis de linfocitos T infundidos Administración de linfocitos T de donante transfectados con un gen de suicidio celular condicional Timidina kinasa Cuando han hecho efecto GVL, los linfocitos T se matan tratando al paciente con Ganciclovir Xenotrasplante desde suidos a humanos El corazón que más se parece al del hombre es el del cerdo. 20

21 La promesa del xenotrasplante Robert Penington un chico de 17 años sufrió un fallo hepático fulminante moriría en unas horas a menos que fuera trasplantado Hicieron que su sangre fuera depurada por un hígado de cerdo durante seis horas y media el tiempo necesario hasta que se le pudo trasplantar un hígado humano. Robert sobrevivió y la tecnología que salvo su vida podría revolucionar la medicina. Se necesitan más órganos para trasplantar 20,000 (Norte) Americanos reciben cada año transplantes de órganos que les salvan la vida. La mayoría de los órganos proceden de cadáveres cuyos familiares han aprobado la donación. 50,000 americanos empeoran mientras esperan un órgano salvador de ellos 4,000 mueren cada año esperando el órgano que salvaría su vida. 21

22 7. El trasplante xenogénico El trasplante xenogénico de órganos patentados es la panacea a la carencia de órganos y va a ser un gran negocio para los accionistas de las biotecnológicas que patenten los animales transgénicos para trasplante Solomon Brothers Calculaban $ en 2010 La fecha se acerca y todavía no se gana un euro Ventajas del cerdo sobre los simios 1. Tamaño apropiado 2. Crianza industrial: camadas múltiples, crecen rápido 3. Menos protestas de defensores de derechos de los animales 4. La distancia genética dificulta saltos de patógenos xenozoonosis (ej. HIV, vacuna polio con riñones chimpances, gripe aviar) 5. Podemos criarlos en ausencia de patógenos 6. Hay cepas inbred del cerdo enano. 22

23 No hay ningún crítico? La distancia genética también dificulta la tolerancia Los PERVs (Porcine endogenous retroviruses) se transmiten a hijos con material genético Los ERV se activan en humanos inmunosuprimidos Células de cerdos van a vivir 20 o 30 años en humanos muy inmunosuprimidos Los virus contenidos en los cromosomas pueden activarse y empezar a infectar y matar humanos Los riesgos actuales son incalculables Mecanismos que intervienen en el rechazo de xenotrasplantes 1. Anticuerpos naturales 2. Agresión por el complemento 3. Rechazo retardado por células NK y macrófagos 4. Rechazo por linfocitos T 23

24 1. Anticuerpos naturales Los producimos Frente a carbohidratos terminales no presentes en nuestras células pero si en patógenos y otros animales Activan complemento provocan rechazo hiperágudo mousse Antígeno H en humanos con residuo fucosa en cerdos tiene un residuo α galactosa. Humanos producen anticuerpos naturales anti α galactosa que reaccionan con endotelio de los vasos de cerdo. C1 HumanEC fucosa α-gal PigEC El bombazo mediático de los cerdos genéticamente modificados 1. Cerdos KO para la α galactoxidasa no transfieren el residuo galactosa a su antígeno H. 2. Cerdos transgénicos KIn para fucosiltransferasa que coloca fucosas en sus moléculas de antígeno H. Nuestra compañía esta superando las dificultades técnicas, compren acciones ahora que están baratas y fórrense cuando suban. 24

25 Agresión por el complemento Complemento humano no se inhibe por células de cerdo. Cerdos transgénicos para proteínas inhibidoras del complemento humano (factor acelerador del consumo de complemento o CD59). Rechazo retardado por células NK y macrófagos Células del cerdo no expresan moléculas de clase I humanas. NK detectan falta de moléculas de clase I propias, se activan producen TNFα, LT, e IFNγ que activan a los macrófagos. Habría que inhibir respuestas de NK con transgenesisis de ligandos de KIR o transgenizar al cerdo con MHC del receptor, brazo corto cromosoma 6. 25

26 Rechazo agudo por linfocitos T Respuesta de linfocitos T frente a moléculas de histocompatibilidad xenogénicas. Las células T humanas presentan reacción cruzada con moléculas de MHC del cerdo. Habría que transgenizar al cerdo con las moléculas de histocompatibilidad del receptor y eliminar las endógenas Transgenizar a los humanos para que expresarán moléculas de histocompatibilidad de cerdo en el timo y aprendieran a tolerarlos Rechazo crónico por linfocitos T Respuesta de linfocitos T frente a péptidos de proteínas de cerdo Habría que sustituirlas por las proteínas humanas homólogas del individuo receptor. El resultado de tanta transgenización sería un cerdo o un humano? 26

27 Modelo animal para testar aceptabilidad de órganos de cerdo Actualmente no es ético hacer transplantes de cerdos a humanos. Trasplante de órganos de cerdo a monos babuinos o primates no humanos. Se les retiran los anticuerpos antigal del plasma así se evita rechazo hiperágudo hasta que se regeneran anticuerpos antigal Usando estos trucos los órganos de cerdos transgénicos sobreviven varias semanas en babuinos. Condicionamiento del receptor Para que tolere un injerto. Ildstad induce tolerancia infundiendo células de médula ósea del donante. Si las células del donante sobreviven y producen células sanguineas maduras, el sistema inmune del receptor se vuelve quimerico Ildstad ha realizado tres trasplantes de corazón utilizando esta técnica En experimentos con ratas y ratones, ella ha mostrado que inducir un sistema inmune quimérico ayuda a los receptores a tolerar a los xenotransplantes. 27

28 El negocio del xenotrasplante Diferencia entre órganos disponibles y necesarios es de en US y crece por año La promesa del cerdo transgénico fuente inagotable de órganos By 2010 xenotransplantation could be part of a $6 billion market 1996 Solomon Brothers Compañías biotecnológicas han invertido mucho dinero en xenotrasplante dinero que no se ha convertido en beneficios Xenotrasplante: Panacea o cáliz venenoso Cuestiones éticas Conflicto entre derechos individuales y los de la sociedad. Lo que puede ser ventajoso para un trasplantado o un accionista puede suponer un riesgo para la humanidad. Virus porcinos y retrovirus endógenos porcinos (PERVs) podrían saltar la barrera de especie desde el órgano de cerdo a los humanos (como gripe española). Los virus no respetan fronteras, las decisiones en un país pueden dañar enormemente a otros. 28

29 Evidencias experimentales PERVs infectan células humanas in vitro. PERVs de órgano trasplantado a ratón son capaces de infectarlo. Ahora se usa la no transferencia de PERVs como control de calidad. Quien debe decidir? Opiniones publicas carecen de formación e información, se forman y manipulan en un vacío de información objetiva. Los tomates normales no tienen genes, mientras que los modificados genéticamente si los tienen Europa 35% del publico dice que es cierto 30% No sabe no contesta Organismos internacionales formados por expertos designados por los lideres electos. Presiones de industrias biotecnológicas sobre opinión publica y sobre expertos. Personajes que son simultáneamente expertosaccionistas y reguladores públicos. 29

30 Que alternativa se os ocurre al trasplante de órganos? Regeneración de órganos con células madre adultas autólogas No hay problema con el rechazo Hay otros problemas. Se os ocurre cuáles pueden ser. Últimos consejos 1. Sed críticos cuando leáis noticias acerca de los avances en el campo del xenotrasplante y las células madre pues hay fuertes intereses en manipular a la opinión pública. 2. Aconsejar a vuestros padres y amigos adinerados que no compren acciones de empresas biotecnológicas centradas en el xenotrasplante pues podrían perder mucho dinero. 3. Yo invertiría mejor en células madre o mejor todavía en un plan de pensiones garantizado por el BBVA 30

31 Repaso Que significa GVHD? y GVL? Que es una quimera? Puede tener efectos benéficos la GVHD? Puede utilizarse terapéuticamente la GVL? 31

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