Modello cutaneo di xenotrapianto per manipolare le risposte immunitarie umane in vivo

I modelli murini sono spesso usati per fare inferenze sulla biologia umana e sulle malattie, in parte a causa della loro riproducibilità sperimentale e della capacità di manipolazione genetica. Tuttavia, la fisiologia del topo non ricapitola completamente i sistemi di organi umani, in particolare la pelle, e quindi ha limitazioni per l’uso come modello preclinico nello sviluppo di farmaci¹. Le differenze anatomiche tra la pelle del topo e quella umana includono differenze negli spessori epiteliali e nell’architettura, mancanza di ghiandole sudoripare eccrine murine e variazioni nel ciclo dei capelli². Inoltre, sia il braccio innato che quello adattativo del sistema immunitario sono divergenti tra le due specie³. La pelle di topo contiene una popolazione immunitaria unica di cellule T epidermiche dendritiche (DETC), ha una maggiore abbondanza di cellule T γδ dermiche e varia nella localizzazione del sottogruppo di cellule immunitarie rispetto al tessuto umano⁴. Pertanto, i risultati sperimentali riguardanti la biologia della pelle umana e l’infiammazione beneficiano della convalida con tessuto umano. Mentre i sistemi di coltura in vitro e organoidi sono strumenti ampiamente utilizzati per studiare il tessuto umano, questi sistemi sono limitati dalla ricostituzione immunitaria assente o incompleta e dalla mancanza di connessione con la vascolarizzazione periferica⁵. Il modello umanizzato di trapianto di pelle di xenotrapianto mira a consentire la manipolazione terapeutica o biologica di percorsi immunitari e non immunitari nei tessuti umani in vivo.

Il modello di xenotrapianto di pelle umana è stato utilizzato per studiare la fisiologia e la farmacologia della pelle, analizzare il rigetto immunitario e le risposte, analizzare i meccanismi del cancro della pelle umana e comprendere le malattie della pelle e la guarigione delle ferite⁶. Sebbene applicabile a più campi della ricerca sulla pelle, il modello di xenotrapianto ha un rendimento inferiore rispetto agli studi in vitro e manca della facilità di manipolazione genetica impiegata nei modelli murini. I punti temporali all’interno di questo modello possono variare da settimane a mesi e l’innesto di successo richiede strutture e attrezzature adeguate per eseguire questi interventi chirurgici. Tuttavia, il modello di xenotrapianto fornisce un contesto biologico e fisiologico agli esperimenti, mentre i sistemi di coltura organoide, come gli espianti di tessuto, spesso richiedono la replica di una miriade di parti mobili, come i segnali esogeni, a specifici intervalli di tempo⁷. Pertanto, questo modello è meglio utilizzato per convalidare ulteriormente i risultati osservati in vitro e all’interno di modelli murini, o per lavori che non sono altrimenti biologicamente fattibili. L’uso appropriato del modello di xenotrapianto offre un’opportunità unica per studiare e manipolare il tessuto umano intatto in vivo.

L’ottimizzazione del modello di trapianto di pelle di xenotrapianto si è basata su decenni di ricerca per preservare l’integrità dell’innesto nel tempo. Fondamentale per questo processo è l’utilizzo del topo del recettore della catena gamma (NSG) del diabete non obeso (NOD)-scid, che manca di cellule immunitarie adattative B e T, cellule NK funzionali e ha carenze nei macrofagi e nelle cellule dendritiche⁸. La natura immunodeficiente di questi ospiti NSG consente il trapianto di cellule ematopoietiche umane, tumori derivati dal paziente e pelle ^8,9,10. Nonostante questo ambiente ospite immunosoppressivo, è necessaria un’ulteriore soppressione delle risposte immunitarie neutrofile del topo mediante somministrazione di anti-GR1 per il successo del trapianto¹⁰. I principali ostacoli nel trapianto di tessuto intatto sono l’infezione, il rigetto e la difficoltà di ristabilire il flusso sanguigno all’innesto, che a volte porta alla perdita dell’integrità dermica ed epidermica¹¹. Le tecniche che includono la somministrazione di anti-FR1 e l’uso di un’appropriata profondità di innesto migliorano la sopravvivenza del trapianto¹⁰. L’ottimizzazione meticolosa consente di eseguire trapianti di pelle di xenotrapianto umano su topi NSG con alti tassi di efficienza e sopravvivenza, compresi tra il 90% e il 100%.