Xenotrapianto di fegato di maiale in un paziente cerebralmente morto: rivelata la risposta immunitaria / Pig Liver Xenotransplanted in Brain-Dead Patient, Immune Response Revealed

Xenotrapianto di fegato di maiale in un paziente cerebralmente morto: rivelata la risposta immunitaria / Pig Liver Xenotransplanted in Brain-Dead Patient, Immune Response Revealed

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Per la prima volta, i ricercatori hanno utilizzato tecniche all'avanguardia di trascrittomica spaziale ed a singola cellula per mappare le complesse risposte immunitarie di un ricevente umano deceduto sottoposto a xenotrapianto di fegato di maiale. Lo studio di Nature Medicine offre nuove informazioni sulle interazioni del sistema immunitario umano con il tessuto xenogenico, evidenziando percorsi immunitari che potrebbero essere bersagli per perfezionare futuri tentativi di colmare il divario di organi trasmissibili.

Paesaggio immunitario dello xenotrapianto

Per dieci giorni, i ricercatori dell'azienda cinese Chengdu Clonorgan Biotechnology e dello Xijing Hospital presso la Quarta Università Medica Militare di Xi'an, in Cina, hanno valutato la funzionalità dell'organo xenotrapiantato e la risposta immunitaria dell'organismo, considerando che il ricevente del fegato di maiale era un defunto umano in stato di morte cerebrale mantenuto in vita tramite supporto vitale. Durante quel periodo, il fegato di maiale ha evitato i segni rivelatori del rigetto acuto, ha prodotto bile e ha mantenuto livelli di enzimi epatici relativamente stabili, confermando la vitalità a breve termine di un fegato suino geneticamente modificato in un corpo umano.

Ma sotto la superficie, stava emergendo una storia più complessa sul sistema immunitario. Utilizzando il sequenziamento dell'RNA a singola cellula (scRNA-seq) su cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC) ed il sequenziamento spaziale dell'RNA sul fegato di maiale, il gruppo di ricerca ha prodotto un'ampia cronologia dell'attività immunitaria. Le analisi hanno mostrato che, nonostante l'assenza di rigetto manifesto, l'organismo era ben lungi dall'essere inconsapevole del suo visitatore suino.

Il profilo trascrizionale a singola cellula ha rivelato che le sentinelle del sistema immunitario adattativo, le cellule T, sono gradualmente aumentate nel flusso sanguigno durante la fase post-trapianto. Ma nel fegato, un quadro diverso ha mostrato che le cellule T dominanti erano le cellule γδT, cellule T insolite e di tipo innato che di solito costituiscono una piccola percentuale della popolazione nei fegati sani. A differenza delle più comuni cellule αβT, le cellule γδT possono riconoscere gli antigeni direttamente senza la necessità della presentazione dell'MHC e sono coinvolte sia nelle risposte immunitarie innate che in quelle adattative. Insieme alla presenza di cellule T esaurite, l'aumento delle cellule γδT indicava una risposta adattativa indebolita che potrebbe essere stata influenzata dal trattamento immunosoppressivo e dalla nuova difficoltà di un organo xenogenico.

Non sono state rilevate cellule T helper CD4+ all'interno del fegato stesso. Al contrario, il panorama immunitario era caratterizzato da cellule T CD8+ citotossiche e di memoria, con un'attivazione periferica che superava l'infiltrazione epatica locale. Questa discrepanza tra immunità intraepatica e circolante solleva la possibilità di dinamiche immunitarie tessuto-specifiche, che potrebbero essere importanti nello sviluppo di protocolli di trapianto in futuro.

Durante le fasi iniziali e tardive della risposta allo xenotrapianto, due diverse popolazioni di monociti sono diventate partecipanti importanti. I monociti che esprimevano trombospondina-1 (vale a dire, i monociti THBS1+) erano abbondanti nel sistema vascolare epatico e nel flusso sanguigno nei primi giorni successivi al trapianto. Queste cellule potrebbero aver contribuito alle anomalie della coagulazione interagendo con le piastrine. La co-localizzazione di questi monociti con marcatori piastrinici e regioni trombotiche all'interno del fegato è stata confermata mediante RNA-seq spaziale ed immunocolorazione, il che ha sollevato preoccupazioni circa il loro coinvolgimento in complicanze vascolari come la microangiopatia trombotica.

Verso la fine del periodo di osservazione, è comparso un sottoinsieme distinto di monociti, denominati monociti C1QC+. Questi monociti C1QC+ sono coinvolti nelle risposte immunitarie, in particolare nella rimozione delle cellule apoptotiche e nel controllo dell'infiammazione. Queste cellule esprimevano PD-L1, una molecola cruciale per il checkpoint immunitario, e presentavano marcatori macrofagici regolatori. Gli autori ipotizzano che i monociti C1QC+ possano potenzialmente promuovere l'esaurimento delle cellule T attraverso l'induzione dell'espressione di PD-L1, una scoperta che giustifica ulteriori indagini sui meccanismi alla base dei fenotipi macrofagici regolatori e dell'espressione di PD-L1 nello xenotrapianto.

Individuare gli ostacoli all'attuazione

Sebbene fosse limitato ad un singolo caso ed ad un periodo di osservazione di dieci giorni, l'analisi approfondita della coreografia cellulare dello xenotrapianto umano ha offerto diversi insegnamenti fondamentali.

In primo luogo, i dati sottolineano il ruolo a doppio taglio dell'immunità innata. Mentre i monociti possono contribuire a sopprimere il rigetto adattativo tramite PD-L1, possono anche esacerbare i disturbi della coagulazione, un ostacolo persistente nello xenotrapianto, anche con suini geneticamente modificati. Strategie future potrebbero richiedere il bilanciamento di queste due funzioni o l'ingegneria genetica dei suini per mitigare l'attivazione dei monociti e le interazioni con le piastrine.

In secondo luogo, l'espansione delle cellule γδT e la mancanza di cellule T CD4+ convenzionali nel fegato suggeriscono che lo xenotrapianto induca un quadro immunitario distinto, diverso sia dall'allotrapianto che dalle infezioni tipiche. Non è chiaro se questo sia un segno di disfunzione immunitaria o di uno speciale meccanismo di tolleranza, ma apre la strada ad ulteriori ricerche sui potenziali usi o controlli delle cellule γδT in questa situazione.

In terzo luogo, lo studio mette in discussione l'utilità dei monociti regolatori che esprimono PD-L1 nel favorire la tolleranza al trapianto. La loro presenza potrebbe essere utilizzata come bersaglio cellulare per la regolazione fine della risposta immunitaria, se previene il rigetto senza una completa immunosoppressione. D'altra parte, potrebbero fungere da biomarcatori di stabilità del trapianto, orientando la cura personalizzata post-trapianto.

Lo studio chiarisce anche le difficoltà pratiche associate agli studi di xenotrapianto. Il chimerismo tra cellule suine e umane rende difficile l'identificazione definitiva dell'origine cellulare. Inoltre, il confronto con gli attuali modelli di trapianto diventa più complesso quando si utilizzano immunosoppressori non standard come etanercept ed eculizumab. Queste restrizioni evidenziano le difficoltà pratiche di aprire nuove strade in un'area priva di standard clinici consolidati.

In futuro, studi più ampi ed a lungo termine, anche su pazienti viventi e modelli di primati non umani, saranno essenziali per convalidare questi risultati. I ricercatori dovranno concentrarsi su momenti temporali precoci dopo il trapianto, quando il sistema immunitario incontra per la prima volta l'organo estraneo, e su interventi che potrebbero modulare con maggiore precisione le risposte dei monociti e delle cellule T.

Ma nonostante i suoi limiti, questo studio getta basi fondamentali. Conferma che un fegato di maiale può funzionare in un corpo umano – almeno per dieci giorni – senza manifestare rigetto, e che il sistema immunitario innesca una risposta complessa e stratificata che coinvolge sia vie protettive che potenzialmente dannose. Il percorso verso lo xenotrapianto clinico è irto di ostacoli biologici – dai disturbi della coagulazione al rigetto immunitario – ma anche ricco di possibilità.

Analizzando la risposta immunitaria nei minimi dettagli, questo studio non ci dice solo cosa è successo in un singolo trapianto. Ci indica anche dove guardare in seguito.

ENGLISH

For the first time, researchers have used state-of-the-art single-cell and spatial transcriptomic techniques to map the complex immune responses of a human decedent xenotransplant recipient of a pig liver. The Nature Medicine study offers new information about the human immune system’s interactions with xenogeneic tissue, highlighting immune pathways that could be targets for fine-tuning future attempts to bridge the donor organ gap.

Xenotransplant immune landscape

Over ten days, researchers from the Chinese company Chengdu Clonorgan Biotechnology and Xijing Hospital at the Fourth Military Medical University in Xi’an, China, evaluated the xenotransplanted organ’s function and the body’s immune response, due to the fact that the recipient of the pig liver was a brain-dead human decedent kept on life support. The pig liver avoided the telltale signs of acute rejection during that period, produced bile, and maintained relatively stable liver enzyme levels, confirming the short-term viability of a genetically modified porcine liver in a human body.

But beneath the surface, a more complex story about the immune system was emerging. Using single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) on peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) and spatial RNA sequencing on the pig liver, the research team produced an extensive timeline of immune activity. The analyses showed that, despite the lack of overt rejection, the body was far from being unaware of its porcine visitor.

The single-cell transcriptional profiling revealed that the adaptive immune system’s sentinels, T cells, gradually increased in the bloodstream during the post-transplant phase. But in the liver, a different picture showed that the dominant T cells were γδT cells, which are innate-like, unusual T cells that usually make up a small percentage of the population in healthy livers. ​​Unlike the more common αβT cells, γδT cells can recognize antigens directly without the need for MHC presentation and are involved in both innate and adaptive immune responses. Together with the presence of exhausted T cells, the increase in γδT cells indicated a weakened adaptive response that might have been influenced by immunosuppressive treatment and the new difficulty of a xenogeneic organ.

No CD4+ helper T cells were detected within the liver itself. Instead, the immune landscape was marked by cytotoxic and memory CD8+ T cells, with peripheral activation outpacing local liver infiltration. This discrepancy between intrahepatic and circulating immunity raises the possibility of tissue-specific immune dynamics, which could be important when developing transplant protocols in the future.

During the early and late stages of the xenotransplantation response, two different monocyte populations became important participants. Thrombospondin-1-expressing monocytes (i.e., THBS1+ monocytes) were abundant in the liver vasculature and bloodstream in the initial days following transplantation. These cells might have contributed to coagulation abnormalities by interacting with platelets. The co-localization of these monocytes with platelet markers and thrombotic regions within the liver was confirmed by spatial RNA-seq and immunostaining, which raised concerns regarding their involvement in vascular complications such as thrombotic microangiopathy.

Toward the end of the observation period, a distinct subset of monocytes, called C1QC+ monocytes, appeared. These C1QC+ monocytes are involved in immune responses, specifically in the removal of apoptotic cells and the control of inflammation. These cells expressed PD-L1, a crucial immune checkpoint molecule, and had regulatory macrophage markers. The authors postulate that the C1QC+ monocytes potentially can promote T cell exhaustion through the induction of PD-L1 expression, a finding that warrants further investigation into the mechanisms underlying regulatory macrophage phenotypes and PD-L1 expression in xenotransplantation.

Pinning down impediments to implementation

While it was limited by a single case and a ten-day observation period, the depth of analysis of the cellular choreography of human xenotransplantation has offered several critical lessons.

First, the data underscore the double-edged role of innate immunity. While monocytes may help suppress adaptive rejection via PD-L1, they can also exacerbate coagulation disorders—a persistent obstacle in xenotransplantation, even with gene-edited pigs. Future strategies may require balancing these two functions or genetically engineering pigs to mitigate monocyte activation and platelet interactions.

Second, the expansion of γδT cells and the lack of conventional CD4+ T cells in the liver suggest that xenotransplantation elicits a distinct immune pattern, different from both allotransplantation and typical infections. It is unclear if this is a sign of immune dysfunction or a special tolerance mechanism, but it does pave the way for further research into potential uses or controls of γδT cells in this situation.

Third, the study calls into question whether PD-L1-expressing regulatory monocytes are useful for fostering graft tolerance. Their presence may be used as cellular targets for immune response fine-tuning if it prevents rejection without complete immunosuppression. On the other hand, they could serve as graft stability biomarkers that guide individualized post-transplant care.

The study also clarifies the real-world difficulties associated with xenotransplantation trials. The pig and human cell chimerism makes it challenging to definitively identify the cellular origin. Additionally, comparing with current transplant models becomes more difficult when non-standard immunosuppressants like etanercept and eculizumab are used. These restrictions highlight the practical difficulties of breaking new ground in an area without established clinical standards.

Going forward, broader and longer-term studies—including in living patients and non-human primate models—will be essential to validate these findings. Researchers will need to focus on earlier time points post-transplant, when the immune system first encounters the foreign organ, and on interventions that could modulate monocyte and T cell responses more precisely.

But even with its constraints, this study lays critical groundwork. It confirms that a pig liver can function in a human body—at least for ten days—without overt rejection, and that the immune system mounts a complex, layered response involving both protective and potentially harmful pathways. The path to clinical xenotransplantation is filled with biological hurdles—from clotting disorders to immune rejection—but also rich with possibility.

By dissecting the immune response in exquisite detail, this study doesn’t just tell us what happened in one transplant. It tells us where to look next.

Da:

https://www.insideprecisionmedicine.com/topics/translational-research/pig-liver-xenotransplanted-in-brain-dead-patient-immune-response-revealed/?_hsenc=p2ANqtz-_mlXKXYSmBcHIvtlIxZ3K1vMTB-6cndmtlCn7JaJsxewbsOMHGpxAC5Hft_tcSWQYBC-9z_d0yBXZBRILE3UQe-_yJI60ZSVEe_1Xl-iQBz6PtqLU&_hsmi=373870021