O xenotransplante poderia resolver a escassez de órgãos para transplante?

Mais de 100.000 pessoas nos EUA estão na lista de espera para um transplante de órgão. Em 2024, quase 48.000 transplantes de órgãos foram realizados e, embora esse número represente um crescimento impressionante nesses procedimentos que salvam vidas, ainda está muito abaixo da necessidade geral. À medida que a população global envelhece, esse descompasso entre órgãos disponíveis e pacientes necessitados continuará a aumentar.

No entanto, órgãos de doadores animais podem ser a solução. Conhecido como xenotransplante, este procedimento tem uma longa história que remonta ao início do século XX, mas questões imunológicas e rejeições de órgãos impediram que esses transplantes fossem bem-sucedidos. Com o advento da tecnologia de edição genética, especificamente o CRISPR-Cas, os pesquisadores estão cada vez mais aptos a resolver problemas de imunocompatibilidade. Eles estão se aproximando de tornar corações, rins e outros órgãos e tecidos disponíveis para transplante de doadores animais para receptores humanos, como visto em vários transplantes inovadores entre 2022-2024. Essas inovações podem trazer uma nova esperança para muitos milhares de pacientes que precisam de órgãos vitais.

O que é xenotransplante?

De acordo com a FDA, “Xenotransplante é qualquer procedimento que envolva o transplante, implantação ou infusão em um receptor humano de (a) células, tecidos ou órgãos vivos de uma fonte animal não humana, ou (b) fluidos corporais, células, tecidos ou órgãos humanos que tiveram contato ex vivo com células, tecidos ou órgãos vivos de animais não humanos.”

Os médicos começaram a experimentar o xenotransplante no início dos anos 1900, mas foi apenas em meados do século, quando medicamentos imunossupressores foram desenvolvidos, que as taxas de sucesso dos transplantes melhoraram. O Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 1960 foi concedido a Peter Medawar por seu trabalho pioneiro em imunidade de transplante.

Lista de eventos importantes na história do xenotransplante

Apresentado como ano, órgão com tentativa de transplante, animais doadores ou evento e referência.

• 1906: Rim, Porco e cabra.
  Rodger, D. e Hurst, D. J. Xenotransplantation 2022, 29, e12765
• 1910: Rim, Macaco macaco
  Unger, E. Berliner Klinische Wochenschrift. 1910, 47, 573-578
• 1913: Rim, Macaco
  Morel, L. e Papin, E. Biologie Médicale 1913, 11, 397
• 1923: Rim, Cordeiro
  Neuhof, H. D. The transplantation of tissues 1923, 260
• 1963: Rim, Babuíno
  Hitchcock, C. et al. JAMA 1964, 189, 934-937
• 1963: Rim, Macaco Rhesus
  Reemtsma, K. et al. Science 1964, 143, 700-702
• 1963: Coração, Chimpanzé
  Hardy, J. et al. JAMA 1964, 188, 1132-1140
• 1964: Rim, Chimpanzé
  Reemtsma, K. et al. Ann. Surg. 1964, 160, 384-408
• 1970: Fígado, Babuíno
  Bertoye, A. et al. Lyon Chir. 1969, 222, 347-354
• 1971: Fígado, Babuíno
  Pouyet, M. e Berard, P. Lyon Chir. 1971, 67, 288-291
• 1974: Fígado, Chimpanzé
  Starzl, T. et al. Transplant Proc. 1974, 6, 129-139
• 1977: Coração, Chimpanzé e babuíno
  Barnard, C. et al. S. Afr. Med. J. 1977, 52, 1035-1038
• 1984: Coração, Babuíno
  Bailey, L. et al. JAMA 1985, 254, 3321-3329
• 1992: Coração, Porco
  Czaplicki, J. J. Heart Lung Transplant. 1992, 11, 393-397
• 1992: Fígado, Babuíno
  Starzl, T. et al. Lancet 1993, 341, 65-71
• 1993: Fígado, Porco
  Makowka, L. et al. Transplantation 1995, 59, 1654-1659
• 1993: Fígado, Babuíno
  Starzl, T. et al. Immunol. Rev. 1994, 141, 213-244
• 1996: Coração, Porco
  Jayaraman, K. Nature 1997, 385, 378
• 2002: Porcos α-Gal KO
  Lai, L. et al. Science 2002, 295, 1089-1092
• 2009: Tentativas de inibir a replicação de PERV em porcos
  Shi, M. et al. Antivir. Res. 2009, 83, 201-204
• 2013: Tecnologia CRISPR/Cas usada para edição genética de células eucarióticas
  Cong, L. et al. Science 2013, 339, 819-823
• 2015: Uso da tecnologia CRISPR/Cas para erradicar PERV
  Yang, L. et al. Science 2015, 350, 1101-1104
• 2017: Geração de porcos livres de PERV
  Niu, D. et al. Science 2017, 357, 1303-1307
• 2021: Rim, Suíno (geneticamente modificado) em sujeito humano com morte cerebral
  Cooper, D.K.C. Xenotransplantation 2021, 28, e12718
• 2021: Rim, Suíno (geneticamente modificado) em sujeito humano com morte cerebral
  Porrett, P.M. et al. Am. J. Transplant. 2022, 22, 1037-1053
• 2022: Coração, Suíno (geneticamente modificado) em receptor humano vivo
  Wang, W. et al. The Innovation 2022, 3, 100223
• 2023: Coração, Suíno (geneticamente modificado) em receptor humano vivo
  Griffith, B.P. et al. Nat. Med. 2025, 31, 589-598
• 2024: Rim, Suíno (geneticamente modificado) em receptor humano vivo
  https://hms.harvard.edu/news/first-genetically-edited-pig-kidney-transplanted-human
• 2024: Rim e timo, Suíno (geneticamente modificado) em receptor humano vivo
  https://nyulangone.org/news/first-ever-combined-heart-pump-gene-edited-pig-kidney-transplant-gives-new-hope-patient-terminal-illness
• 2025: Ensaio clínico para o UKidney™ da United Therapeutics prestes a começar
  NCT06878560

O desenvolvimento da tecnologia CRISPR/Cas inaugurou novos avanços e resultou em experimentação clínica com uma série de xenotransplantes sendo relatados em 2022-2024. Examinamos a CAS Content Collection^TM, o maior repositório de informações científicas com curadoria humana, e encontramos um crescimento consistente nas publicações relacionadas ao xenotransplante (veja a Figura 1).

As publicações atingiram o pico em 2021, logo antes do início dos transplantes geneticamente modificados mais recentes. O domínio das publicações em periódicos e o número relativamente pequeno de patentes mostram que essa tecnologia ainda está longe da comercialização generalizada, mas a pesquisa permanece constante.

As espécies animais mais estudadas e utilizadas em xenotransplantes são apresentadas na Figura 2. Os suínos são, de longe, os animais de escolha para esses estudos e, como veremos, os órgãos suínos têm apresentado os maiores avanços em engenharia genética e transplante.  

Existem várias razões pelas quais os suínos são os animais de escolha para xenotransplantes, incluindo:

• Similaridades anatômicas com humanos (tamanho dos órgãos).
• Similaridades fisiológicas com humanos.
• Custo relativamente menor devido à facilidade de criação e reprodução rápida.    
• Facilidade relativa e alta compatibilidade com modificações genéticas.
• Menor risco de doenças zoonóticas.

Barreiras ao xenotransplante

Órgãos xenotransplantados podem enfrentar vários tipos de rejeição: hiperaguda (que ocorre quase imediatamente, em questão de minutos a horas), aguda (que ocorre semanas a meses após o transplante) e rejeição crônica (que ocorre meses a anos após o transplante).  

A rejeição de órgãos é mediada por muitos fatores, incluindo a imunidade inata e adaptativa (veja a Tabela 1). A imunidade inata é controlada por anticorpos naturais que se ligam e reconhecem glicoproteínas suínas (frequentemente chamadas de xenoantígenos). Alguns dos xenoantígenos identificados incluem galactose-α-1,3-galactose (α-Gal), ácido N-glicolilneuramínico (NeuGc) e SDa.  

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Desde a década de 1990, esforços consideráveis de pesquisa têm sido direcionados para criar suínos com os genes dessas proteínas inativados (knockout) para evitar a rejeição hiperaguda. A inativação do gene α-Gal em suínos foi considerada um marco importante no avanço do xenotransplante. Nos últimos anos, suínos com triplo knockout (TKO) estão se tornando mais comuns.

Tabela 1: Principais diferenças entre os sistemas imunológicos inato e adaptativo.

Outros componentes do sistema imunológico inato que desempenham um papel na rejeição de órgãos incluem macrófagos e células natural killer (NK). Os primeiros desempenham um papel na rejeição ao mediar a inflamação (liberação de citocinas pró-inflamatórias, espécies reativas de oxigênio, etc.) e fagocitar células. A CD47, uma proteína transmembrana expressa em células imunes como células T e B, interage com a proteína reguladora de sinal α (SIRPα), que são receptores inibitórios expressos em macrófagos e células NK, para impedir a fagocitose. A CD47 suína não parece interagir com a SIRPα da mesma forma que a CD47 humana e, portanto, não consegue impedir a fagocitose. Nos últimos anos, vários estudos exploraram a viabilidade de expressar a CD47 humana em órgãos suínos para reduzir a rejeição. No entanto, a CD47 tem muitas outras funções além de sua interação com a SIRPα, e a expressão de CD47 humana em órgãos suínos pode ter consequências não intencionais.

Semelhante aos macrófagos, as células NK também podem levar à rejeição de órgãos direta ou indiretamente. Assim como os macrófagos, as células NK também expressam receptores inibitórios e ativadores em sua superfície que interagem com parceiros de ligação e modulam sua atividade. Acredita-se que a ligação de moléculas HLA de classe I aos receptores do tipo imunoglobulina de células assassinas (KIR), um tipo de receptor inibitório nas células NK, impeça a ativação dessas células.

Ao contrário da imunidade inata, a imunidade adaptativa ocorre em resposta à exposição a substâncias estranhas usando células B e T. Os receptores de células B são anticorpos ligados à membrana expressos na superfície das células B que reconhecem antígenos e resultam na ativação das células B e em uma resposta imune. Um artigo de 2012 relatou o prolongamento da sobrevida de xenotransplantes cardíacos suínos em babuínos em 2,5 vezes ao incorporar anticorpos contra CD20, uma proteína expressa na superfície das células B, no regime imunossupressor. Outros também relataram o uso de anticorpos contra CD40, receptores de superfície celular encontrados em células B, macrófagos e outras células imunes, em combinação com outros agentes imunossupressores para prolongar a sobrevida de xenotransplantes de ilhotas suínas em primatas não humanos.      

As células T são outro tipo de glóbulo branco semelhante às células B, mas as células T passam por um desenvolvimento e maturação adicionais na glândula timo. A ativação das células T pela interação dos receptores de células T (TCR) com as células do complexo principal de histocompatibilidade (MHC) em células apresentadoras de antígenos, na presença de moléculas coestimuladoras, desencadeia uma cascata complexa de sinalização intracelular e a geração de subtipos de células T.  

Evidências sugerem que, no xenotransplante de suíno para humano, as moléculas de MHC suínas, chamadas de antígeno leucocitário suíno (SLA), ligam-se ao TCR nas células T humanas, causando ativação e resultando em uma resposta imune. Os esforços continuam para criar suínos doadores com expressão reduzida de SLA para diminuir a ativação das células T.  

Além da rejeição de órgãos mediada pela resposta imune, a inflamação e a disfunção coagulativa são grandes obstáculos para o sucesso do xenotransplante. O fígado desempenha um papel fundamental na síntese de muitos fatores de coagulação. Embora existam semelhanças entre os sistemas de coagulação humano e suíno, diferenças fundamentais também contribuem para incompatibilidades na coagulação e complicações hemorrágicas.  

A inflamação é considerada uma resposta fisiológica normal após a exposição a estímulos prejudiciais, que é atenuada assim que o estímulo é resolvido. Há evidências crescentes, no entanto, de que a inflamação sistêmica pode ocorrer após o xenotransplante e que essa resposta inflamatória sistêmica contribui para problemas com a coagulação e a resposta imune, o que contribui para a falha do xenotransplante.  

Considerando as interconexões complexas entre os sistemas inflamatório e de coagulação, controlar a inflamação sistêmica provavelmente ajuda a reduzir a disfunção da coagulação e, portanto, ajuda a prolongar a sobrevida após o xenotransplante, seja usando medicamentos anti-inflamatórios ou expressando proteínas como a heme-oxigenase-1 (HO-1) e outras que possuem efeitos anti-inflamatórios nos suínos doadores.

Por fim, vírus como retrovírus endógenos suínos (PERVs) e citomegalovírus suíno (PCM) foram relatados como sendo transmitidos entre espécies, incluindo humanos, em ensaios e experimentos de xenotransplante. Um fator contribuinte potencial para uma falha recente em xenotransplante pode ter sido uma reação ao PCM latente.

Esses desafios demonstram o quão complexo é o xenotransplante e por que a edição genética é tão promissora neste campo.  

Por que o CRISPR pode ser a chave para o sucesso do xenotransplante

O CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats), parte do mecanismo de defesa bacteriano, é uma tecnologia de edição genética revolucionária, com a primeira terapia baseada em CRISPR/Cas9, o Casgevy, recebendo aprovação da FDA dos EUA em 2023.

As principais vias pelas quais a tecnologia CRISPR/Cas é utilizada no contexto do xenotransplante incluem:

1. Inativação (knockout) de genes suínos que codificam proteínas que atuam como antígenos e cuja ausência ajuda a superar a rejeição hiperaguda e a diminuir a rejeição geral do órgão xenotransplantado.
2. Aumento da imunocompatibilidade de órgãos doadores transplantados por meio da expressão de transgenes humanos.
3. Redução do risco de doenças zoonóticas, como o PERV, eliminando genes associados a elas.
4. Controle do tamanho dos órgãos doadores.

Existem duas rotas comuns pelas quais porcos geneticamente modificados podem ser criados usando a tecnologia CRISPR/Cas. A primeira incorpora mRNA para a nuclease Cas9 e RNA guia (gRNA) em células primárias suínas usando transfecção, seguida por rodadas sucessivas de cultura celular e transferência nuclear de células somáticas, uma técnica utilizada para transferir o núcleo de uma célula somática para óvulos e, finalmente, reprodução para dar origem a porcos geneticamente modificados. A outra rota envolve a microinjeção de zigotos suínos com vetores de expressão ou RNA de nuclease Cas9 e gRNA, seguida de reprodução para produzir porcos geneticamente modificados.

A Tabela 2 lista os genes que foram modificados usando a tecnologia CRISPR/Cas na pesquisa de xenotransplante. A maioria dos porcos geneticamente modificados usados em pesquisas de xenotransplante tende a ter mais de uma modificação genética, por exemplo, porcos com duplo, triplo e quádruplo knockout (KO).

Genes suínos (inativados/knockout) e proteínas relacionadas

• GGTA1: Glicoproteína α-galactosiltransferase 1
• CMAH: Ácido N-glicolilneuramínico
• β4GALNT2: β-1,4-acetil-galactosaminiltransferase
• A3GALT2: α-1,3-galactosiltransferase 2
• PERV: Retrovírus endógenos suínos
• GHR: Receptor do hormônio do crescimento
• β2M: β2-microglobulina,
• CIITA: Transativador do complexo principal de histocompatibilidade de classe II  
• SLA: Antígeno leucocitário suíno

Genes humanos (inseridos/knock-in) e proteínas relacionadas

• CD39: Ectonucleosídeo trifosfato, difosfo-hidrolase 1
• CD46: Proteína cofatora de membrana
• CD47: Proteína associada à integrina
• CD55: Fator acelerador da degradação
• CD59: Proteína inibidora do MAC
• β2M: B-2-microglobulina
• HLA-E: Complexo principal de histocompatibilidade, classe I, E
• THBD: Trombomodulina
• TFPI: Inibidor da via do fator tecidual
• HO1: Heme oxigenase-1
• EPCR: Receptor da proteína C endotelial

Tabela 2: Lista de genes que foram modificados para xenotransplante usando a tecnologia CRISPR/Cas.

Relatórios sugerem que corações suínos continuam a crescer após o transplante em primatas não humanos, levando à falha. Isso também requer a administração de medicamentos que podem reduzir esse crescimento, como o inibidor de mTOR, temsirolimus, entre outros. Uma maneira de superar esse problema de crescimento contínuo é inativar (knockout) o receptor do hormônio do crescimento em porcos, resultando em porcos e órgãos menores no geral. Por enquanto, essa questão está restrita a modelos pré-clínicos de primatas não humanos para xenotransplante, embora o controle do tamanho dos xeno-órgãos possa se tornar importante no caso de xenotransplantes pediátricos.

Como observado, a tecnologia CRISPR/Cas resultou em vários avanços importantes no xenotransplante nos últimos anos. Estes incluem:  

• Transplante de coração de porco em um receptor humano vivo em 2022. O coração suíno foi extensivamente modificado geneticamente para aumentar as chances de sobrevivência. As modificações genéticas incluíram a inativação de genes de três xenoantígenos (galactose-α-1,3-galactose, antígeno do grupo sanguíneo Sda e ácido N-glicolilneuramínico), a inativação de genes do receptor do hormônio do crescimento para controlar o tamanho do órgão e a introdução de um total de seis genes humanos na tentativa de humanizar o coração suíno e melhorar a compatibilidade (CD46, fator acelerador da degradação, trombomodulina, receptor da proteína C endotelial, CD47 e heme oxigenase 1). Embora não houvesse evidências óbvias de rejeição do enxerto, o paciente faleceu dois meses após a ocorrência do xenotransplante. Embora lamentável, este caso é, no entanto, uma conquista/marco notável na área. ‍
• Transplante de coração de porco em um receptor humano vivo em 2023. Realizado pela mesma equipe de médicos e pesquisadores do xenotransplante de 2022, foi utilizado um coração suíno geneticamente modificado de forma semelhante. Assim como em 2022, o paciente faleceu seis semanas após a cirurgia. Em ambos os casos, um aumento acentuado no peso do coração acompanhado de “espessamento miocárdico” foi observado durante a autópsia. ‍
• Transplante de rim de porco em um receptor humano vivo em 2024. Assim como nos xenotransplantes de coração suíno descritos acima, o rim suíno também foi geneticamente modificado, consistindo, segundo relatos, em 69 edições genômicas realizadas usando a tecnologia CRISPR/Cas. O paciente faleceu quase dois meses após a cirurgia. ‍
• Transplante de rim e timo de porco em um receptor humano vivo em 2024. Este procedimento foi único, pois o órgão transplantado, denominado UThymoKidney™ (United Therapeutics Corporation), consistia em um rim suíno combinado com tecido tímico do mesmo porco implantado nele para diminuir a probabilidade de rejeição, impedindo que o sistema imunológico do doador reconhecesse o órgão transplantado como um objeto estranho. Ao contrário dos outros casos, o xenotransplante foi removido do corpo do doador um mês e meio após a cirurgia devido à falência do órgão, exigindo a retomada da diálise, com o paciente falecendo após algumas semanas.      

Apesar dos desafios contínuos da sobrevivência pós-cirúrgica, os ensaios clínicos estão avançando. Por exemplo, em 2025, a United Therapeutics anunciou a aprovação pela FDA dos EUA de seu pedido de Investigational New Drug (IND) para estudar o UKidney™ em um ensaio clínico. O ensaio clínico de Fase 1/2 está previsto para começar neste verão, e pretende estudar os efeitos do xenotransplante de 10 rins geneticamente modificados (UKidney™), resultando de 10 modificações genéticas — uma combinação de inativação de quatro genes suínos e adição de seis genes humanos em pacientes com doença renal terminal.

Além dos transplantes de órgãos

Os procedimentos de xenotransplante também podem tratar condições além da falência de órgãos. Graças a técnicas de edição genética como o CRISPR, células e tecidos animais podem ser modificados para tratar doenças humanas adicionais.

Diabetes tipo 1:

O transplante de ilhotas de doadores humanos falecidos para pacientes com diabetes tipo 1 tem sido uma área de interesse contínuo, mas a demanda por ilhotas supera a oferta. Nos últimos anos, o transplante de ilhotas suínas geneticamente modificadas com xenoantígenos inativados e humanização por expressão de proteínas humanas em primatas não humanos apresentou resultados promissores. No entanto, vários desafios fundamentais permanecem, incluindo a reação inflamatória e imune inicial ao transplante (IBMIR), bem como diferenças na fisiologia das ilhotas e na secreção de insulina.

Síndrome dos ovários policísticos (SOP)

Recentemente, cientistas da Universidade Médica de Nanjing, na China, realizaram o xenotransplante de tecido adiposo marrom de ratos para camundongos com o objetivo de tratar a SOP. O tecido adiposo marrom, frequentemente abreviado como TAM, é um tipo de gordura envolvida no uso de lipídios e glicose para a termogênese e regulação da temperatura corporal. O xenotransplante de TAM de ratos para camundongos permitiu a correção parcial da SOP e melhorou o desempenho geral dos ovários nos animais. Esses estudos experimentais iniciais parecem promissores e trazem esperança para as pessoas que sofrem de SOP, quase seis milhões apenas nos EUA.

Câncer

A aplicação do xenotransplante no câncer envolve o desenvolvimento de xenoenxertos derivados de pacientes, que são modelos criados pelo implante de tecidos e células cancerígenas de pacientes em animais como camundongos e ratos. Esses modelos são inestimáveis para compreender a fisiopatologia da doença, testar e avaliar medicamentos mais eficientes e projetar medicina personalizada.

Desafios e oportunidades do xenotransplante

Apesar de todos os avanços no xenotransplante, ainda existem obstáculos significativos para o uso clínico generalizado. A complexidade da compatibilidade imunológica significa que a dependência apenas da engenharia genética pode não ser suficiente para evitar a rejeição de órgãos. Também há desafios técnicos e éticos a serem superados, nomeadamente potenciais infecções e diferenças no tamanho dos órgãos, bem como questões sobre consentimento e bem-estar animal.

A comunidade médica também precisa compreender as implicações a longo prazo do xenotransplante e contar com uma estrutura regulatória consistente e robusta para orientar esforços futuros. Devido a esses desafios, o xenotransplante ainda é considerado uma linha de tratamento experimental com inúmeras barreiras a serem superadas.

No entanto, os avanços na engenharia genética que levaram a melhorias tangíveis dão um impulso inegável a este campo. Com avanços contínuos na edição genética e na compreensão imunológica, o xenotransplante pode oferecer esperança a milhares ou até milhões de pacientes que necessitam de órgãos e tecidos.