Sensoren voor implantatie detecteren vroege tekenen van orgaanafstoting bij muizen

Uit een nieuw onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances, blijkt dat het microporeuze steigerwerk functioneert als een minimaal invasieve bewakingsmethode om afstoting te detecteren voordat het transplantaat faalt in een muizenmodel.

Deze sensoren vormen de eerste stap op weg naar een hulpmiddel waarmee artsen in een vroeg stadium belangrijke informatie kunnen krijgen over de kans op orgaanafstoting bij transplantatiepatiënten.

Orgaantransplantatie gaat gepaard met agressieve immunosuppressie om afstoting van het transplantaat te voorkomen. Overmatige immunosuppressie kan echter het risico op het ontwikkelen van neoplasmata en opportunistische infecties verhogen, en onvoldoende immunosuppressie kan leiden tot schade aan het transplantaat.

Traditioneel worden transplantaatbiopsieën uitgevoerd om de effectiviteit van immunosuppressie te beoordelen. Deze invasieve biopsieën kennen echter een aanzienlijke variabiliteit en zijn een achterblijvende indicator voor afstoting. Om afstoting te detecteren vóór transplantaatfalen, gebruikte een team onderzoekers van de Universiteit van Michigan een microporeuze scaffold die functioneert als een minimaal invasieve monitoringmethode.

Na een hart- of huidtransplantatie bij muizen accumuleren niche-implantaten aangeboren en adaptieve immuuncellen, en worden via analyses van genexpressie biomarkers van acute cellulaire allogene transplantaatafstoting (ACAR) geïdentificeerd voordat er klinische tekenen van transplantaatfalen optreden.

De eerste studies werden uitgevoerd met adoptieve transfer van T-cellen naar incompatibele allotransplantaten, waardoor de focus lag op T-cel-gemedieerde afstoting. Vervolgens volgden validatiestudies bij wildtype dieren. De niche-scaffold maakt frequente celbemonstering mogelijk en een reeks genetische biomarkers onderscheidt muizen die allotransplantaten afstoten van muizen met gezonde transplantaten.

"Het onderzoek naar het monitoren van immuunreacties is interessant geworden door de opkomst van immunotherapieën. Deze detectie van een ongewenste immuunreactie heeft belangrijke medische implicaties, omdat je vaak pas weet dat er een ongewenste reactie is wanneer een orgaan zijn functie begint te verliezen", aldus Lonnie Shi, hoogleraar biomedische technologie aan de Universiteit van Michigan en medeauteur van de studie.

Het nieuwe proces begint met het implanteren van een poreus membraan onder de huid, waar weefsel zich in de poriën ontwikkelt. Het zich ontwikkelende weefsel raakt gevasculariseerd. Het netto-effect is dat bloedvaten door deze ruimte stromen en immuuncellen erdoorheen circuleren.

Het materiaal veroorzaakt een reactie op een vreemd lichaam, wat leidt tot de rekrutering van immuuncellen. Belangrijk is dat deze cellen een weefselspecifiek fenotype vertonen, niet een circulerend fenotype, waardoor onderzoekers weefselreacties in de loop van de tijd kunnen volgen.

"Wanneer het immuunsysteem wordt geactiveerd in de context van transplantaatafstoting, kun je geactiveerde immuuncellen zien op het implantaat", aldus Shi.

Het vermogen om immuunreacties in weefsels te beoordelen, zou een krachtig instrument kunnen zijn voor onderzoekers die het immuunsysteem bestuderen. Seriële analyse van celtranscriptomen zou potentiële orgaanafstoting kunnen detecteren met een minimaal invasieve biopsie in plaats van een risicovollere transplantatiebiopsie.

"Het overleven van solide orgaantransplantaten wordt gezien als een van de belangrijkste prestaties van de moderne geneeskunde. Toch negeren we vaak de agressieve therapieën die nodig zijn na transplantatie om gezonde transplantaten te behouden", aldus Russell Urie, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Biomedische Technologie aan de Universiteit van Michigan.

"Deze implanteerbare sensoren kunnen afstotingsprocessen in een heel vroeg stadium detecteren. Dit is een eerste stap in de richting van een hulpmiddel voor gepersonaliseerde nazorg en het minimaliseren van de invasieve procedures en verwoestende bijwerkingen waar transplantatiepatiënten momenteel mee te maken krijgen", aldus Uri.

"Dit is vooral belangrijk voor ontvangers van orgaantransplantaties in de kindertijd en adolescentie, aangezien zij tientallen jaren lang behandelingen en biopsieën moeten ondergaan en zelfs meerdere transplantaties moeten ondergaan."