Bayangkan suatu hari ketika tes urin dapat memberi tahu dokter dengan tepat mengapa pasien transplantasi ginjal mengalami penolakan organ dan menyarankan obat terbaik untuk mengatasi masalah tersebut secara khusus.

Hari itu melompat lebih dekat ke kenyataan berkat serangkaian analisis sel tunggal yang luar biasa yang telah mengidentifikasi tanda tangan seluler paling spesifik hingga saat ini untuk penolakan transplantasi ginjal. Temuan ini dirinci pada 25 Mei 2023, di JCI The Journal of Clinical Investigation.

Hasil studi mencerminkan kerja tim selama delapan tahun yang dipimpin oleh para ahli di Cincinnati Children’s dan University of Cincinnati College of Medicine dengan kontribusi dari para peneliti di University of Notre Dame dan Novartis.

Tiffany Shi, seorang mahasiswa MD/PhD dengan Program Pascasarjana Imunologi dan Program Pelatihan Ilmuwan Medis di Cincinnati Children’s adalah penulis pertama. Rekan penulis senior adalah David Hildeman, PhD, direktur interim Divisi Immunobiologi di Cincinnati Children’s, dan E. Steve Woodle, MD, profesor bedah dan William A. Altemeier Ketua dalam Bedah Penelitian di UC College of Medicine. Hildeman dan Woodle mengarahkan Pusat Imunologi Transplantasi di Cincinnati Children’s.

“Perawatan yang tersedia untuk menghentikan peristiwa penolakan tidak banyak berubah dalam beberapa dekade. Tanda tangan seluler ini membuka pintu untuk membangun rangkaian terapi anti penolakan yang sama sekali baru,” kata Hildeman.

Memiliki pendekatan pengobatan yang presisi untuk mengobati penolakan organ memiliki potensi untuk secara nyata mengurangi ancaman penolakan terhadap organ yang ditransplantasikan. Penelitian lebih lanjut akan diperlukan, tetapi temuan ini memiliki implikasi yang melampaui transplantasi ginjal untuk berpotensi diterapkan pada transplantasi hati, paru-paru dan banyak lagi.”


E. Steve Woodle, MD, Profesor Bedah dan William A. Altemeier Ketua dalam Penelitian Bedah di UC College of Medicine

Penolakan organ mempengaruhi 10% penerima

Transplantasi ginjal adalah bentuk transplantasi organ yang paling umum; diberikan setelah kegagalan organ akibat diabetes, infeksi, cedera, dan faktor lainnya. Pada tahun 2022, ahli bedah melakukan 25.498 transplantasi ginjal di seluruh AS, menurut United Network for Organ Sharing (UNOS).

Selama 30 tahun terakhir, perbaikan bertahap telah memungkinkan transplantasi ginjal bertahan lebih lama sehingga sekarang “waktu paruh” ginjal donor hidup melebihi 20 tahun dan mendekati 12 tahun untuk organ donor meninggal.

“Untuk orang yang lebih tua, tingkat kelangsungan hidup ini mencerminkan waktu yang cukup lama,” kata Hildeman. “Tetapi untuk orang dewasa dan anak-anak yang lebih muda, kemungkinan membutuhkan transplantasi kedua tetap tinggi.”

Namun, begitu penerima transplantasi ginjal mengalami penolakan akut, banyak yang kehilangan transplantasi dan kembali ke dialisis dalam 1-3 tahun. Selain itu, setelah sistem kekebalan pasien menolak satu organ, kemungkinan besar ia akan menolak transplantasi kedua.

Sayangnya, alat yang tersedia untuk mengobati penolakan secara efektif – kortikosteroid dan globulin antilimfosit – sebagian besar tetap tidak berubah selama lebih dari 60 tahun. Bukti yang terakumulasi selama bertahun-tahun menunjukkan bahwa perawatan ini tidak cukup atau tidak sepenuhnya mengobati penolakan.

Menemukan petunjuk satu sel pada satu waktu

Dalam studi baru, para peneliti menggunakan teknologi analisis genom sel tunggal yang kuat untuk dengan susah payah membandingkan sampel biopsi dari ginjal yang ditransplantasikan yang mengalami penolakan seluler akut. Studi juga membandingkan penolakan yang terjadi di bawah agen imunosupresif pemeliharaan yang umum digunakan (tacrolimus) dan dua obat alternatif yang lebih baru (belatacept dan iscalimab).

Analisisnya sangat rinci sehingga tim dapat melacak bagaimana ekspresi gen berubah dalam populasi sel tertentu yang mendorong kerusakan penolakan, yang oleh penulis disebut klon sel T diperluas CD8 allospecific (CD8EXP).

Para peneliti mengatakan penelitian ini adalah yang pertama menerapkan kombinasi analisis RNA sel tunggal dengan analisis reseptor sel T (TCR) sel tunggal untuk mengeksplorasi penolakan transplantasi ginjal akut.

“Kekuatan dari apa yang kami lakukan berasal dari kemampuan untuk melihat sel pada tingkat sel tunggal. Kami dapat melihat secara spesifik sel yang bertanggung jawab atas penolakan dan kami dapat melihat bagaimana penolakan berubah dari waktu ke waktu saat sel T mengalihkan respons mereka ke obat yang berbeda,” kata Shi.

Woodle menggambarkan sel CD8EXP sebagai “ujung tombak” dalam penolakan.

Pekerjaan tersebut mengungkapkan tiga temuan utama:

Pertama, bahkan ketika peristiwa penolakan akut dihentikan, penelitian mengungkapkan bahwa perawatan seringkali tidak cukup menyeluruh untuk menghilangkan semua sel T yang telah mengkloning diri untuk menyerang transplantasi. Dalam beberapa kasus, sel T yang bermusuhan bertahan selama berbulan-bulan setelah pengobatan anti penolakan.

Ini menunjukkan bahwa beberapa peristiwa penolakan, yang sebelumnya diyakini sepenuhnya terpisah, sebenarnya bisa menjadi satu peristiwa penolakan yang lebih lama dan membara. Mengatasi sel T kloning yang mengintai yang menghindari pengobatan awal kemungkinan akan membutuhkan teknik pengujian yang lebih baik dan mengadopsi standar praktik yang lebih konsisten.

Kedua, tim menemukan kira-kira 20 “klonotipe” sel T CD8EXP – dari potensi ribuan – yang memperbanyak diri untuk menyerang organ yang ditransplantasikan. Jenisnya berbeda menurut reseptor yang dibawa sel T. Jumlah klonotipe yang relatif rendah membuat para peneliti bersemangat karena akan memudahkan pencarian pengobatan baru yang potensial untuk menghentikan penolakan transplantasi.

Dengan mempelajari sel-sel yang langka namun efisien ini, tim menemukan tanda-tanda seluler yang berbeda yang terjadi selama peristiwa penolakan yang bervariasi tergantung pada obat pemeliharaan penekan kekebalan mana yang digunakan. Gen berbeda yang terlibat meningkatkan kemungkinan penggunaan obat lain yang biasanya tidak terkait dengan pengobatan penolakan organ sebagai senjata baru untuk situasi tertentu.

Sebagai contoh, tim ini juga baru-baru ini melaporkan keberhasilan dalam menggunakan penghambat mTOR yang disebut everolimus untuk membantu pasien yang tidak mendapat manfaat dari pengobatan belatacept. Tetapi obat yang sama tampaknya tidak memberikan manfaat yang sama ketika pengobatan tacrolimus terlibat. Pekerjaan ini mengarah pada uji klinis yang sedang berlangsung yang dipimpin oleh Woodle untuk merawat pasien dengan belatacept dan everolimus untuk pemeliharaan imunosupresi.

Ketiga, jenis sel T yang sama yang menyebabkan kejadian penolakan juga dapat dideteksi dalam sampel urin.

Mengapa tes urin penting

Saat ini, mendapatkan detail penting yang mendasari penolakan ginjal yang ditransplantasikan membutuhkan pengumpulan biopsi jaringan, prosedur pembedahan yang memerlukan kunjungan ke rumah sakit. Melakukan beberapa biopsi dari waktu ke waktu untuk melacak hasil pengobatan mahal dan berpotensi berisiko bagi pasien.

Namun, tes urin dapat dikumpulkan lebih sering dengan cara non-invasif dan berpotensi tanpa ketidaknyamanan saat mengunjungi rumah sakit. Selain mendukung perawatan pasien secara langsung, tes urin yang layak akan membantu mempercepat pekerjaan penelitian yang diperlukan untuk mengevaluasi protokol pengobatan anti penolakan yang baru. Penelitian juga menunjukkan bahwa sel T CD8EXP yang ditemukan di organ penolakan juga ada di urin.

“Temuan ini menunjukkan bahwa tes urin sederhana dapat menggantikan biopsi transplantasi ginjal yang lebih invasif dan dengan demikian membuatnya lebih aman dan lebih mudah bagi pasien untuk memantau efektivitas pengobatan penolakan mereka,” kata Hildeman.

Tantangan kritis untuk mencapai tes urin klinis yang praktis adalah menetapkan proses yang dapat menghasilkan hasil tes dalam 48 jam daripada proses yang berfokus pada penelitian yang digunakan dalam penelitian ini, yang membutuhkan waktu beberapa bulan untuk diselesaikan.

Presentasi pemenang penghargaan

Sebagai penulis pertama, Shi mempresentasikan hasil penelitian ini di ATC2023, pertemuan ilmiah tahunan Kongres Transplantasi Amerika, yang diadakan 3-7 Juni di San Diego. Presentasi Shi menerima “Penghargaan Pilihan Rakyat,” yang berarti dipilih oleh lebih dari 5.000 peserta sebagai presentasi pleno terbaik dari pertemuan tersebut.

Shi juga menerima Young Investigator Award dan beberapa peneliti Cincinnati Children’s dan UC lainnya mendapat kehormatan di acara tersebut.

Langkah selanjutnya

Pekerjaan penelitian tambahan diperlukan untuk mengeksplorasi kemungkinan pengobatan terkait dengan tanda tangan sel T yang terungkap dalam penelitian ini. Pekerjaan yang dipimpin oleh rekan penulis telah menunjukkan bahwa tacrolimus adalah pengobatan yang sangat baik untuk beberapa pasien dengan kasus penolakan resisten.

Dalam jangka panjang, manfaatnya bisa lebih dari sekadar memperpanjang “waktu paruh” ginjal yang disumbangkan.

Misalnya, menemukan alternatif untuk tacrolimus dapat membantu orang dengan transplantasi hati dan transplantasi organ lainnya menghindari komplikasi ginjal dari rejimen anti-penolakan mereka.

Dan pada akhirnya, pemahaman baru tentang mekanisme seluler utama yang terlibat dalam penolakan transplantasi dapat mengarah pada metode untuk mengurangi risiko xenotransplantasi (menggunakan organ hewan yang dimodifikasi gen pada manusia).

“Kebanyakan orang yang membutuhkan transplantasi organ tidak pernah menerimanya karena pasokan organ yang disumbangkan masih sangat terbatas,” kata Woodle. “Berkat wawasan seperti ini, kami mungkin dapat secara substansial mengurangi kehilangan organ yang ditransplantasikan karena penolakan, sehingga membebaskan organ yang disumbangkan untuk penerima transplantasi baru.”

Sumber:

Pusat Medis Rumah Sakit Anak Cincinnati

Referensi jurnal:

Shi, T., dkk. (2023) Analisis transkriptomik sel tunggal penolakan allograft ginjal mengungkapkan wawasan tentang klonalitas TCR intragraft. Jurnal Investigasi Klinis. doi.org/10.1172/JCI170191.