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“Inmunología clínica” Universidad de Alcalá

Dr. Alfredo Prieto Profesor de Inmunología

Los libros de texto recomendados son Fundamental Immunology e Immunobiology.

Actualizado 22 Septiembre , 2006

Módulo:Inmunología del

trasplante

Unidad mixta

CSIC/UAH

IMMPAInstituto de Medicina MolecularPríncipe de Asturias

Rechazo a trasplantesIntentar 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?

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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

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.

¿Qué es?

¿Qué lo estimula?

¿Qué tipos de moléculas?

¿Cuál es el resultado?

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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.

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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.

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Primeros estudios de base genética del rechazo

Salvajes

AB x CD

AC AD BC BD

25% hermanoshistocompatibles

2 Cepas Consanguíneas2 Cepas Consanguíneas((homozigotoshomozigotos))

AA x CCAA x CC

AC AC AC ACAC AC AC AC

100% hermanos 100% hermanos histocompatibleshistocompatibles

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

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3. Tipos de trasplante•No generan rechazo

–Autogénico o autólogo a uno mismo (trasplantes de piel)

–Isogénico entre individuos genéticamente idénticos

(gemelos)

•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.

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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.

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Mecanismos de rechazoMecanismos de rechazo1. 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)

MHC péptido TCR MHC péptido TCR

••RAPCRAPC••Presentación indirecta (Presentación indirecta (autoMHCautoMHC))

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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. Rechazo hiperagudo. •• Anticuerpos preexistentesAnticuerpos preexistentes frente a azucares ABO, MHC o frente a azucares ABO, MHC o

azucares azucares xenogénicosxenogénicos..

•• Antígenos de recuerdo que inmunizaron previamente: Antígenos de recuerdo que inmunizaron previamente:

Embarazos o transfusiones o trasplantes previosEmbarazos o transfusiones o trasplantes previos

•• Unión a endotelio activación del complemento y de la Unión a endotelio activación del complemento y de la

coagulación: trombosis vascular y hemorragia.coagulación: trombosis vascular y hemorragia.

Y

Y

YY

Y

••Falla aporte nutrientes y Falla aporte nutrientes y

oxoxíígeno Necrosis fulminantegeno Necrosis fulminante

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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

VíaVía DirectaDirecta

CD80CD86

DonorDC/APC

RecipientT cell

CD28

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

Indirecta

RecipientCD4+ T cell

RecipientAPC

CD4Donorcells Alo-

MHC

Procesamiento

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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).

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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

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Nivel de histocompatibilidad y Supervivencia de los transplantes

75%

35%

gemelos

4-6 dif

Ejercicio: Interpretad esta figura

Semivida en aSemivida en añños de los trasplantes os de los trasplantes renales en funcirenales en funcióón de diferencias genn de diferencias genééticasticas

• 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) 14.5– 1-3 diferencias 9– 4-6 diferencias 7.8

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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

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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-2RTCR

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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)

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Corticosteroides– Inhiben síntesis de IL-1, IL-6 y TNFα. Producción

de prostaglandinas, oxígeno u óxido nítrico

– Reduce activación de células endoteliales.

x4

Chimeric Chimeric A2 (cA2) Monoclonal AntibodyA2 (cA2) Monoclonal AntibodyInfliximabInfliximab

Knight JM, et al. Molecular Immunology. 1993; 16:1443-53.

• Chimeric (mouse/human)IgG1 monoclonal antibody

• Binds to TNFα with highaffinity and specificity

Human (IgG1)

Mouse(Binding Site for TNFα)

κ

κ

Groupe d’Etude Thérapeutique des Affections Inflammatoires du tube Digestif (GETAID) - Réunion investigateurs - Paris le 26/02/00

Remicade : development clinical data - F. Cornillie, Ph. D. Centocor Europe

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ENBREL Inhibits Activationof Cell-Surface Receptors

ENBREL

TNF

TNF INHIBITION WITH ENBREL® (et aner cept )

Reference: 1. Data on file, Immunex Corporation, Seattle, Wash.

ENBREL has been designed tocomplement the body’s naturalinhibition of TNF 1

ENBREL

TNF

Receptor soluble para TNF α

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)

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6. Enfermedad injerto contra huésped(Graft Versus Host Disease)

• En pacientes transplantados inmuno-deprimidos 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.

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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”.

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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.

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7. El trasplante xenogénicoEl 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 6.000.000.000 $ en 2010

La fecha se acerca y todavía no se gana un euro

Ventajas del cerdo sobre los simios

1. Tamaño apropiado2. Crianza industrial: camadas múltiples, crecen

rápido3. Menos protestas de defensores de derechos

de los animales4. La distancia genética dificulta saltos de

patógenos xenozoonosis (ej. HIV, vacuna polio con riñones chimpances, gripe aviar)

5. Podemos criarlos en ausencia de patógenos6. Hay cepas inbred del cerdo enano.

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¿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

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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.

α-gal

C1

fucosaHumanEC 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.

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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.

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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?

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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 hiperágudohasta 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.

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El negocio del xenotrasplante• Diferencia entre órganos disponibles y

necesarios es de 50.000 en US y crece 7.500 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.

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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 expertos-accionistas y reguladores públicos.

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¿¿Que alternativa se os ocurre Que alternativa se os ocurre al trasplante de al trasplante de óórganos?rganos?

• Regeneración de órganos con células madre adultas autólogas

• No hay problema con el rechazo• Hay otros problemas. Se os ocurre

cuáles pueden ser.

Últimos consejos1. 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

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Repaso • ¿Que significa GVHD?• ¿y GVL?• ¿Que es una quimera?• ¿Puede tener efectos benéficos la

GVHD?• ¿Puede utilizarse terapéuticamente la

GVL?