Cosa sono gli xenotrapianti?

Tra le evoluzioni più promettenti (e discusse) della medicina ci sono gli xenotrapianti, ovvero trapianti di organi, tessuti o cellule da una specie a un’altra; ad esempio, il trapianto di una valvola cardiaca di maiale in un essere umano è uno xenotrapianto.

I trapianti di questo tipo non vanno confusi con gli allotrapianti, nei quali il trapianto avviene tra individui distinti ma della stessa specie. Abbiamo spesso parlato dei trapianti allogenici di cellule staminali ma il termine si applica a qualsiasi trapianto, anche a quello di un organo proveniente da un donatore deceduto.

Data la carenza cronica di organi, molti ricercatori vedono gli xenotrapianti come una strada alternativa. Sarà così?

Il problema della carenza di organi

La lista d’attesa per un trapianto di organi è lunga e in costante aumento: solo in Italia, ci sono circa 9.000 persone in attesa, un numero enorme che ci dà la misura di quanto sia urgente trovare nuove soluzioni. Negli Stati Uniti, la situazione è ancora più critica: ogni ora, sei persone si aggiungono alla lista d’attesa nazionale per trapianto di organi; ogni giorno, 22 persone muoiono. È un dato che fa riflettere e che spinge la scienza a cercare nuove strade.

Oltre agli xenotrapianti, gli scienziati stanno esplorando altre soluzioni per sopperire a questa carenza, come l’uso di stampanti 3D per creare tessuti a partire dalle cellule staminali o lo sviluppo di organi meccanici. Ma la ricerca sugli xenotrapianti è forse la strada che ha più potenziale, ora come ora.

Le sfide: rigetto immunitario e rischi di infezione

Come ogni grande scoperta, anche gli xenotrapianti portano con sé pro e contro. La principale sfida è il rigetto immunitario, che avviene quando il sistema immunitario del ricevente riconosce l’organo trapiantato come “estraneo” e lo attacca.

Il rigetto è un rischio comune negli allotrapianti in generale, ancora di più quando si parla di trapianti di organi tra specie diverse. L’organismo risponde con reazione immunitaria più forte rispetto a quelli tra esseri umani, reazione che può essere di tre tipi.

• Rigetto iperacuto: avviene pochi minuti dopo il trapianto ed è causato dalla presenza di anticorpi nel ricevente che attaccano immediatamente l’organo del donatore.
• Rigetto ritardato: può manifestarsi ore, giorni o settimane dopo il trapianto.
• Rigetto acuto: avviene quando l’organo viene rigettato per via dell’attività di cellule immunitarie (come i linfociti T) del ricevente.

Per superare il rigetto, gli scienziati usano l’editing genetico, come la tecnologia CRISPR/Cas9, per modificare i geni del maiale e renderlo più “compatibile” con l’uomo. In particolare, disattivano i geni che producono antigeni che scatenano la risposta immunitaria; al loro posto, aggiungono geni umani che aiutano a controllare l’infiammazione e la coagulazione del sangue.

Un’altra preoccupazione è il rischio di trasmissione di malattie virali da animale a uomo, in particolare i retrovirus endogeni porcini (PERV). Gli scienziati stanno lavorando per superare questo ostacolo, con ricerche mirate a bloccare questi virus che potrebbero risvegliarsi nell’organo trapiantato. Il rischio è considerato basso e controllabile.

L’applicazione delle staminali agli xenotrapianti

Le cellule staminali hanno un enorme potenziale, soprattutto per il loro ruolo nella medicina rigenerativa. Una delle applicazioni più interessanti è quella nel campo dei trapianti, compresi gli xenotrapianti.

Uno dei grandi sogni della fantascienza è usare le cellule staminali pluripotenti indotte per generare in vitro organi da trapiantare, cosa al momento impossibile. Interessante, invece, l’idea di usare le cellule staminali per correggere geneticamente organi animali, rendendoli più compatibili con il corpo umano e superando le barriere immunitarie che causano il rigetto.

Accanto alla modificazione genetica mediante CRISPR/Cas9, tra le tecniche più promettenti in fase di studio c’è la “blastocyst complementation” (complementazione della blastocisti), ovvero modificare una blastocisti animale per farvi crescere organi umani. Come funziona?

Come far crescere un organo umano in un animale

Si inizia con la creazione di una blastocisti animale geneticamente modificato, in modo che sia incapace di sviluppare un organo specifico; per esempio, un embrione di maiale viene programmato per non sviluppare un pancreas. Questo crea un vero e proprio vuoto biologico, o nicchia, che va riempito. È qui che entrano in gioco le cellule staminali umane.

Dato che la blastocisti animale non può produrre l’organo mancante, le cellule staminali umane ne prendono il posto, sviluppandosi e formando l’organo desiderato. Il risultato è una “chimera”: un organismo animale che cresce in modo sano, ma con un organo composto interamente da cellule umane.

L’organo così generato sarà perfettamente compatibile con il paziente che ne ha bisogno, riducendo quasi del tutto il rischio di rigetto.

A che punto siamo con la ricerca?

Entrambe le tecniche succitate sono ancora oggetto di ricerca, ma i risultati sono promettenti.

Un team dell’Università della California Davis ha creato per la prima volta un embrione ibrido uomo-pecora. Sebbene il contributo di cellule umane sia stato molto basso (1 su 10.000), l’esperimento ha dimostrato che è possibile far crescere organi umani dentro animali selezionati.

I progressi più significativi, però, si sono visti con l’uso di maiali come donatori. Questo animale è la fonte più promettente per gli xenotrapianti, grazie alla sua somiglianza anatomica e fisiologica con l’essere umano.

Nel gennaio 2022, un team di chirurghi del centro medico dell’Università del Maryland ha effettuato il primo trapianto di cuore da un maiale geneticamente modificato in un uomo. Il paziente, David Bennett, non aveva altre opzioni terapeutiche e si è prestato alla sperimentazione. L’organo ha funzionato per quasi due mesi, prima di essere rigettato.

Può sembrare poco, eppure è stato un grande risultato. Infatti, nel 2023 il team ha ripetuto l’operazione su un altro paziente, che è diventato protagonista del secondo trapianto di cuore di maiale su un essere umano al mondo.

Un altro traguardo è stato raggiunto con i reni. Nel settembre 2021, dei chirurghi della NYU Langone Health hanno trapiantato i reni di un maiale geneticamente modificato in due persone legalmente decedute che avevano donato il proprio corpo alla ricerca scientifica. Anche in questo caso, gli organi hanno funzionato normalmente senza essere rigettati, tant’è che nel 2024 hanno ripetuto l’operazione su una donna ancora in vita.

I medici hanno dovuto rimuovere l’organo dopo quattro mesi, a causa di infezioni non correlate al trapianto. Resta un risultato notevole, specie se messo a confronto con il casi di Bennett.

Xenotrapianti e bioetica

La parola ”chimera”, che descrive gli ibridi tra due specie, può suonare vagamente inquietante. È normale avere timori, ma la realtà è molto più innocua di quanto può sembrare. Come spiega il Dottor Hiro Nakauchi, uno dei creatori dell’ibrido uomo-pecora:

Il contributo di cellule umane finora è molto basso. Non si tratta di un maiale con una faccia umana o un cervello umano (…) abbiamo pubblicato diversi documenti che mostrano che possiamo scegliere miratamente la regione.

Si possono quindi evitare cellule umane nel cervello animale.

Dello stesso parere il Professor Giuseppe Novelli, genetista e rettore dell’università degli Studi di Roma Tor Vergata. Le prime chimere pecora-uomo:

non devono fare paura. La notizia è un passo avanti verso la realizzazione di organi xenogenici, ovvero organi umani coltivati all’interno di animali, per rispondere alla richiesta dei tanti in attesa di trapianto (…) Di fronte a questa grave carenza di organi, gli scienziati di tutto il mondo hanno tentato due strade: quella degli xenotrapianti, ovvero l’utilizzo di organi animali destinati agli esseri umani, e quella di coltivare organi umani nell’animale.

Quello avvenuto nella ricerca cui ha partecipato il dottor Nakauchi, appunto.

Oltre a queste preoccupazioni, ci sono anche domande etiche più profonde.

• Benessere animale: l’uso di animali per la ricerca solleva questioni sul loro benessere, dal momento che vengono allevati in condizioni sterili e confinate per prevenire la trasmissione di agenti patogeni.
• Identità personale: l’introduzione di un organo animale in un corpo umano solleva interrogativi sull’identità della persona.

Nonostante queste sfide, le prime ricerche e i primi trapianti clinici rappresentano un passo avanti verso una nuova era della medicina dei trapianti. La comunità scientifica sta lavorando per rendere gli xenotrapianti una realtà clinica, offrendo una speranza concreta a migliaia di persone che altrimenti non avrebbero un’altra possibilità.