XENOTRANSPLATASIANGGOTA:

ALINDA TANIA (08121006004)

ANINDITA DWI GEOVANI (08121006026)

FADILAH SANDY (08121006040)

FANNY SURVIVA(08121006019)

FITRI (08121006038)

MARTINA TANDRI (08121006017)

RIZKI MARTA DJAKARIA(08111006047)

PENERAPAN Xenotransplantasi dalam bioteknologi farmasi

Apa itu xenotransplantasi??

Xenotransplantasi (xenos- dalam bahasa Yunani berarti “asing”) adalah transplantasi sel, jaringan, atau organ dari satu spesies ke spesies lain. Sel, jaringan, atau organ semacam itu disebut xenograft atau xenotransplant. Sementara itu, istilah alotransplantasi merujuk pada transplantasi antar spesies yang sama.

Xenotransplantasi pada manusia merupakan salah satu kemungkinan penanganan kegagalan organ tahap akhir. Namun, hal ini memunculkan masalah medis, hukum, dan etis.

Tabel 1. Rekayasa genetik pada Xenotransplantasi : terapi gen konvensional vs terapi transgenik vs kloning

Terapi gen konvensional Teknik transgenik konvensional

Kloning

Penghantaran Dibutuhkan vektor atau pembawa

Injeksi bahan genetik langsung ke pronukleus yg telah dibuahi sel telur

Transfeksi sel somatik yg dikultur

Ekspresi Tergantung pada kemampuan masing-masing sel untuk mengambil materi genetik.

Membutuhkn pengobatan utk setiap transplantasi/penerima.Diperlukan pengobatan berulang.

Materi genetik dikenalkan dlm germline, yg memimpin kode gen ekspresi hewan.

Satu manipulasi

Materi genetik dikenalkan dlm sel germinal, yg memimpin sel ekspresi hewan.

Satu manipulasi

Imunogenitas Penghantaran zat pembawa/ transgen mungkin imunogenik

Transgen dpt menimbulkan respon imun

Transgen dapat menimbulkan respon imun

Target manipulasi genetik

Penerima & graft mungkin ditransduksi

Manipulasi genetik dari donor satunya

Manipulasi genetik dari donor satunya

Manipulasi genetik

Gen tambahan dominan negatif

Gen tambahan dominan negatif

Gen tambahan dominan negatifGen penyisihan

Xenotransplantasi dalam Bioteknologi Farmasi

Sejauh ini, tidak ada bidang ilmu pengobatan yang membuat orang-orang antusias sekaligus menimbulkan kontroversi, selain transplantasi.

Allotransplantasi organ adalah salah satu solusi penyembuhan bagi pasien gagal jantung, ginjal dan paru-paru dengan menggantikan organ sakit dengan organ yang normal secara fisiologis.

Keterbatasan utama dari penerapan transplantasi sebagai terapi penyakit adalah kurangnya donor manusia.

Solusi yang memungkinkan untuk mengatasi keterbatasan ini adalah dengan menggunakan organ buatan atau organ tiruan, transplantasi sell stem dan xenotransplantasi.

Antusiasme terhadap teknologi xenotransplantasi juga berasal dari kemungkinan bahwa jaringan dan organ hewan tidak begitu rentan terhadap kekambuhan penyakit dibandingkan dengan allotransplantasi.

Kemajuan dalam bidang biologi selular dan molekular membuka peluang untuk menggunakan sel, jaringan dan organ untuk mengatasi komplikasi penyakit, tidak hanya dengan mengganti sel dan jaringan abnormal tapi juga dengan menggunakan jaringan transplantasi untuk memberikan fungsi fisiologis baru.

Sama seperti antusiasme terhadap xenotransplantasi, rintangan untuk mengaplikasikannya juga besar.

Rintangan utama dari aplikasi xenotransplantasi antar spesies adalah reaksi imun dari resipien terhadap xenotransplan.

Kedua, ada kemungkinan xenotransplan memiliki keterbatasan fungsi dan menyebabkan komplikasi medis pada resipien.

Alasan berikutnya adalah ada kemungkinan xenotransplan dapat menularkan penyakit infeksi dari donor ke resipien.

Sumber Xenotransplantasi

Babi

Babi yang paling sering digunakan karena :

Tersedianya babi dalam jumlah yang besar saat ini

Mudahnya pengembangbiakan babi

Kecilnya risiko timbulnya penyakit zoonosis dalam penggunaan babi

Mudahnya pengenalan gen baru terhadap germline babi

Sapi

Monyet/Baboon

Organ Transplantasi

Ginjal

Jantung

Paru-paru

Hati

Sel Islet Pancreas

Kulit

Respon Biologis dan Imunologis terhadap Xenotransplantasi

Semua xenotransplan menimbulkan respon imun, termasuk antibodi, imunitas yang dimediasi sel, sel natural killer dan inflamasi.

Meski demikian, respon tubuh terhadap xenotransplan tergantung pada bagaimana xenotransplan menerima asupan vaskular.

Sel yang terpencil, seperti hepatosit dan jaringan pankreas dan kulit menerima asupan vaskular melalui ingrowth dari pembuluh darah resipien.

Proses neovaskularisasi atau pembentukan pembuluh darah baru mungkin terganggu dalam xenotransplan karena ketidakcocokan faktor pertumbuhan donor dengan mikrovaskulatur resipien.

Xenotransplan memiliki mikrosirkulasi dan faktor pertumbuhannya sendiri. Oleh karena itu, ketidakcocokan antara donor dan resipien jarang berdampak pada fungsi sel.

Di sisi lain, karena sirkulasi xenotransplan mengikuti donor asal, sistem imun, inflamasi dan koagulasi dari resipien bisa berdampak langsung terhadap sel donor.

Gambar 1. Mekanisme Vaskularisasi Xenotransplan

Penolakan Hiperakut

Penolakan hiperakut dimulai segera setelah reperfusi dari xenotransplan dan akan menghancurkan xenotransplan dalam hitungan menit hingga beberapa jam.

Penolakan hiperakut ditandai secara histologis dengan perdarahan interstisial dan trombosis.

Penolakan hiperakut pernah menjadi rintangan paling menakutkan dalam aplikasi klinis xenotransplantasi, tapi kini reaksi ini bisa dicegah di hampir setiap kasus.

Penolakan hiperakut terhadap xenotransplan babi oleh primata dipicu oleh ikatan antara antibodi alami xenoreaktif dengan xeotransplan. Antibodi alami xenoreaktif ini diproduksi oleh primata sebagai respon terhadap masuknya xenotransplan non primata.

Antibodi alami xenoreaktif ini adalah antibodi dari antigen berupa sakarida yang terdiri dari ujung Galα1,3Gal.

Karena antibodi alami xenoreaktif spesifik terhadap antigen Galα1,3Gal, telah dilakukan banyak penelitian tentang deplesi antibodi alami xenoreaktif sebelum xenotransplantasi dilakukan atau pengurangan ekspresi gen Galα1,3Gal pada babi.

Aktivasi Komplemen

Langkah kedua dan penting dalam pengembangan penolakan hiperakut adalah aktivasi sistem komplemen dari resipien terhadap aliran pembuluh darah donor.

Komplemen adalah sebuah sistem yang terdiri atas sejumlah protein yang berperan dalam pertahanan terhadap benda asing.

Gambar 2. Pengaturan Sistem Komplemen

Penolakan Vaskular Akut

Jika penolakan hiperakut bisa dihindari, penolakan vaskular akut menjadi topik perhatian selanjutnya.

Penolakan vaskular akut, yang juga biasa disebut penolakan xenotransplan tertunda bisa dimulai dalam waktu 24 jam setelah reperfusi dan akhirnya merusak xenotransplan dalam hitungan hari dan minggu.

Meskipun saat ini belum diketahui secara pasti mekanisme patogenesis dari penolakan vaskular akut, diyakini penolakan ini dipicu oleh ikatan antara antibodi dengan xenotransplan.

Gambar 3. Patogenesis Penolakan Vaskular Akut

AkomodasiAkomodasi adalah perubahan antibodi, antigen, atau kerentanan penolakan organ.

Kenapa penting dalam xenotranplantasi?

Karena dengan adanya sifat akomodasi antibodi antidonor dapat disingkirkan sementara dari resipien sehingga organ transplantasi dapat dibentuk dan setelah tranplantasi selesai penolakkan tidak terjadi saat antibodi antidonor kembali ke dalam sirkulasi karena telah dikenali oleh antibodi resipien bukan sebagai zat asing (antigen). Maka dari itu kerentanan transplantasi organ terhadap penolakan vaskular akut dan aktivasi sel endotel menjadi lebih kecil.

Mediasi Respon imun oleh SelPenolakan seluler pada xenotransplantasi terjadi karena:

1. Keanekaragaman protein antigenik dalam xenograft yang tinggi memicu pengeluaran bermacam-macam sel T “xenoreaktif”.

2. Amplifikasi respon imun dapatan yang disebabkan oleh

a. Ikatan antibodi xenoreaktif, aktivasi sistem komplemen , contohnya adalah desposisi komplemen pada transplantasi yang dapat mengaktifkan antigen-presenting cell atau menstimulasi respon sel T.

b. Imunoregulasi yang secara luar biasa dapat membatasi respon imun seluler namun dapat gagal atau berkurang antar spesies. Kegagalan dapat dilihat dari pengurangan dalam pengenalan sel xenogeneic atau inkompaktibilitas terhadap faktor pertumbuhan yang sama

Siapa lagi yang terlibat dalam Respon Seluler xenotransplantasi

Sel NK

Kenapa itu bisa terjadi?

Karena Sel NK aktif untuk melawan sel xenogeik akibat stimulasi dan pengontrolan yang salah karena normalnya fungsi sel NK diamplifikasi oleh reseptor permukaan sel yang mengenal Galα1,3Gal dan dikontrol oleh reseptor pengenal homolog MHC (major histocompatibility complex) kelas 1.

Ini dapat terlihat pada penolakan xenograft dalam ekspresi generasi trasgenik babi pada permukaan sel MHC-like molecules yang akan mengaktifkan Sel NK pada reseptornya sehingga pengaturan sel NK aktif.

Mekanisme modifikasi genetik suatu donor xenogeneik untuk meningkatkan toleransi atau pembatasan respon imun dapatan masih belum dapat ditentukan namun Imun dapatan dapat

dikurangi dengan pengontrolan barier imun alami untuk xenotransplantasi.

Mengapa demikian???

Karena

Resipien sel T dapat mengenal langsung sel donor, berikut mekanismenya.

Reseptor sel T resipien mengenal antigen MHC bawaan pada sel donor. Xenogenik donor dapat diatur sedemikian rupa untuk mengurangi corecognition (melalui CD4 dan CD8) atau kostimulasi (melalui CD 28 atau molekul permukaan sel T lainnya) atau untuk mengekspresi molekul penghambat seperti CD59 atau ligan Fas.

Pendekatan diatas dan ekspresi molekul inhibitor pada terapi gen xenotransplatasi lebih efektif daripada allotransplantasi Mengapa?

karena gen inhibitor dapat diperkenalkan sebagai transgen sehingga berekspresi pada seluruh sel yang bersangkutan dengan transplantasi.

Modifikasi genetik ini juga dilibatkan dalam pendekatan lain seperti untuk mempertahankan kelangsungan hidup dan fungsional donor sumsum tulang.

Bagaimana mengatasi penolakan seluler?

1. Terapi imunosupresi

2. Induksi toleransi imunologi

Ada 3 pendekatan yang sedang diteliti lebih lanjut, yakni

1. Generasi Chimerism hematopoetik campuran

Penelitian didahului dengan kesuksesan donor sumsum tulang antar hewan pengerat yang dapat mengurangi antiboodi xenoreaktif dan penghalang trasplantasi oleh inkompaktibilitas fakor pertumbuhan inang (microenvironment). Pendekatan toleransi perifer seperti blokade kostimulasi oleh fusi protein yang terkadung larutan molekul CTLA-4 dan imunoglobulin (CTLA-4-Ig) sedang dilanjutkan penelitiannya.

2. Pembentukan mikrochimerism dengan berbagai tujuan

3. Transplantasi thymic (semacam tumbuhan)

Akankah organ hasil xenotransplantasi berfungsi optimal?

Baru baru ini dipublikasikan jika ginjal dan paru-paru babi dapat mengambil alih fungsi penting dari ginjal dan paru-paru primata namun pada transplantasi hati terjadi inkompatibilitas karena fungsi hati untuk mensekresi berbagai protein bergantung pada cascade kompleks enzim.

1. Fungsi jantung xenotransplantasi dapat diperbaiki dengan perbaikan fungsi allograft jantung dengan memanipulasi signal β adrenergik.

2. Xenograft ditemukan dapat menganggu metabolik dan fisiologik resipien pada kasus kegagalan trombomodulin babi untuk berinteraksi dengan trombin manusia dan protein C untuk mengenerasi protein C teraktivasi sehingga memicu protrombotik diatetik.

Solusi

Kerusakan fisiologik dapat dideteksi pada tingkat molekuler yang dapat diperbaiki secara farmasi genetik yaitu dengan pemberian sediaan protrombotik atau proinflamasi ke dalam darah pasien. .

Bagaimana resikonyaZoonosis terhadap xenotransplantasi?

Zoonosis adalah infeksi penyakit dari organ transplantasi ke resipien.

tidak terlalu beresiko terhadap resipien berikut contohnya

babi mengandung retrovirus endogen yang diturunkan lewat genomik DNA dan kemungkinan dapat aktif dan ditransfer ke sel resipien, dilaporkan retrovirus endogen tipe C pada babi dapat diaktifkan dalam sel babi yang mengacu pada pelepasan partikel yang dapat menginfeksi cell-line manusia, namun infeksi ini masih belum dapat menyebabkan penyakit terhadap resipien.

Pengurangan retrovirus endogen dapat dilakukan dengan gen targeting dan kloning.

Skenario aplikasi klinik xenotransplantasi

Keberhasilan pertama dapat dilihat dari keberhasilan transplantasi hati babi (ditargetkan pada pemasukan hepatosit) pada manusia untuk pengobatan sirosis yang disebabkan oleh virus hepatitis.

Alasan dipilihnya hati babi:

1. Hepatosit babi resisten terhadap infeksi virus.

2. Pada percobaan terbukti, xenotransplantasi hepatosit babi dapat menggantikan fungsi hati pada tikus bersirosis hati.

3. Hati untuk transplantasi akibat sirosis hati yang terinduksi oleh hepatitis C diprediksi cukup tersedia.

Lanjutan...... Skenario aplikasi klinik xenotransplantasi

Keberhasilan selanjutnya pada transplantasi islet xenogeik untuk DM tipe 1 terbukti memiliki kemungkinan yang kecil terhadap kerusakan oleh proses autoimun.

Pengembangan sekarang

Kultur stem sel embrionik dan dewasa sebagai pembentuk jaringan organ spesifik dengan karakteristik fungsional yang sesuai dengan organ resipien. Berikut pengerjaannya....

Stem sel sebagai bahan baku organ transplantasi

Stem sel ditumbuh kembangkan pada resipien jaringan kultur inisiasi hewan seperti babi. Organ hasil stem sel ini ditumbuhkan dan diatur dalam hewan sampai siap untuk ditransplantasikan sesuai kebutuhan ke resipien manusia.

Kenapa bisa dipakai hewan sebagai tempat tumbuh kembangnya sel stem?

Kloning hewan termasuk babi memungkinkan transfer nuklei sel pasien manusia ke stem sel seekor hewan yang terenukleated kemudian tumbuh pada sel hewan untuk bergenerasi dan terdiferensiasi menjadi jaringan manusia yang cocok dengan pasien.

Makanya

Manipulasi genetik hewan dapat dijadikan sebagai reaktor biologi untuk penyedia organ yang cocok untuk transplantasi pada manusia.

Perkembangan xenotransplantasi

1963 Dr Keith Reemtsma, seorang ahli bedah di Tulane University di New Orleans, melakukan transplantasi 13 ginjal simpanse ke manusia. Dua belas pasien bertahan hidup antara sembilan sampai enam puluh hari. Satu pasien bertahan selama sembilan bulan dengan batuan obat imunosupresi primitif untuk menghindari tanda-tanda penolakan.

1964 Di Universitas Colorado, Dr Thomas Starzl melakukan transplantasi 6 ginjal babon ke manusia. Tingkat kelangsungan hidup berkisar antara 19 - 98 hari, dengan sebagian besar pasien yang meninggal akibat infeksi.

1984 Dr Leonard Bailey memimpin sekelompok ahli bedah transplantasi jantung babon ke bayi yang baru lahir, yang dikenal sebagai "Baby Fae," yang lahir dengan jantung sisi kiri kurang berkembang. Baby fae diberi siklosporin, obat imunosupresif yang meningkatkan imunosupresi terhadap allotransplants untuk kelangsungan hidup dan bertahan selama dua puluh hari sebelum terjadi penolakan jantung. Beberapa berspekulasi bahwa ketidakcocokan golongan darah antara Bayi Fae dan babon mungkin telah memainkan peran dalam proses penolakan.

1995 Para ilmuwan di Diacrin, Inc menerima izin FDA untuk memulai uji klinis menggunakan neuron janin babi untuk mengobati pasien yang menderita penyakit Parkinson. Tahap 1 uji coba menyimpulkan keberhasilan acara dan tidak ada masalah keamanan, yang mengarah ke Tahap 2 uji coba di akhir 1990-an.

1997 Profesor Robin Weiss menemukan bahwa virus tertanam dalam setiap sel babi - yang dikenal sebagai retrovirus endogen babi (PERV) dapat menginfeksi sel manusia. Dalam jurnal Nature ia melaporkan bahwa setiap sel babi membawa sekitar 50 eksemplar virus PERV, dan bahwa hingga tiga dari mereka mampu menginfeksi sel manusia. Akibatnya, pada bulan Oktober FDA menghentikan semua uji klinis sampai peneliti dapat membuktikan bahwa mereka memiliki prosedur yang berkembang untuk mendeteksi tingkat infeksi virus PERV terendah. Moratorium ditutup pada bulan Januari 1998

2001 FDA mengusulkan aturan yang akan memungkinkan akses lebih umum untuk semua percobaan baru atau yang sedang berlangsung mengenai xenotransplantasi atau terapi gen untuk memastikan kesadaran masyarakat potensi unik mereka untuk risiko kesehatan masyarakat.

Keuntungan dan Kerugian Xenotransplantasi

Keuntungan Xenotransplantasi

Dapat menggantikan organ manusia yang tidak dapat berfungsi lagi

Menyediakan lebih banyak suplay organ karena tidak menunggu donor dari manusia

Kerugian Xenotransplantasi

Mahal

Adanya penolakan organ akibat imunitas tubuh

Kode etik hewan karena dapat mengakibatkan kepunahan

Transplantasi organ hewan menimbulkan kemungkinan bahwa infeksi dapat ditranfer ke manusia, seperti penyakit seperti PERV (Porcine endogen Retrovirus) yang ditemukan pada babi dan akan menyebar seperti AIDS kepada penerima transplantasi.

Prosedur Penyiapan Donor Xenotransplantasi

Induksi babi betina agar

menghasilkan banyak sel telur

Babi betina akan dikawinkan dan telur yang sudah dibuahi akan dikeluarkan.

Gen manusia akan dimasukkan dalam tiap

telur dengan menggunakan suntikan

kaca yang sangat kecil di bawah mikroskop.

Transgen dalam sel telur babi akan diimplan

(ditanam) ke dalam tubuh induk babi pengganti, yang siap menerima

transgen.

Transgen akan bergabung dengan gen babi dan akan diekspresikan ke

seluruh tubuh babi, termasuk sel germline

Saat babi ini melahirkan, anaknya juga akan

mewarisi transgen dan mengalami modifikasi

genetik.

TERIMA KASIH