Transplantationskirurgen Tomas Lorant tog hem det Stora Forskarpriset 2014

2014-09-29 / Svensk Kirurgi / Volym 72 / Nr 4 / 2014

Sverige och världen har en stor organbrist. En avsevärd mängd patienter i dialys väntar på en njure, leversjuka väntar på en lever och hjärtinsufficienta behöver en hjärttransplantation. Organbristen ökar då en inte helt liten andel av transplanterade organ avstöts. Stora Forskarpriset som delas ut av Svensk Kirurgisk Förening i samarbete med Johnson & Johnson har uppmärksammat docent Tomas Lorants translationella forskning gällande just möjligheten att optimera förutsättningarna för det transplanterade organet att överleva hos mottagaren och därmed totalt sett minska organbristen.

TOMAS LORANT
tomas.lorant@surgsci.uu.se
Uppsala

Stora forskarpriset

Pris för forskare under 45

Stora forskarpriset delas sedan 2004 årligen ut av Svensk Kirurgisk Förening, i samverkan med Johnson&Johnson. Förutom äran får mottagaren 200000 kr. Det är sjukvårdsregionerna som nominerar sina främsta forskare och kandidaterna skall vara under 45 år. Tomas Lorant nominerades av Uppsalaregionen

Nog har forskningskommitténs ordförande, och tillika professor, Ulf Gunnarsson och jag ett förflutet som kollegor på kirurgen i Uppsala, men det hör inte till vanligheten att vi språkas på telefon. Jag blev således minst sagt förvånad och oerhört glad när han ringde och meddelade nyheten om årets Stora Forskarpris. Stort tack till Svensk Kirurgisk Förening och prisets sponsor Johnson & Johnson! Forskningsstipendiet kommer, på ett betydelsefullt sätt, att kunna bidra till den aktuella transplantationsforskning som vi just nu genomför i Uppsala.

Medicine doktor innan leg läk

Som 20-åring flyttade jag från Malmö till Uppsala för att studera på läkarprogrammet. Tidigt under utbildningen gjorde jag forskningsprojekt med Erik Larsson på patologen om endogena retrovirus, men när han vid något tillfälle började prata om organtransplantation och avstötning så förstod jag att detta ämne var något utöver det vanliga. Jag blev väldigt fascinerad av möjligheten att flytta organ mellan människor och ville förstå hur det ens kunde vara möjligt. En sommar med fluorescensinmärkning av erytrocyter och leukocyter hos Cecilia Emanuelsson (dåvarande Johnsson) och Gunnar Tufveson (”Tufvan”) på transplantationskirurgen följde, och efter termin åtta tog jag studieuppehåll och gjorde ett experimentellt avhandlingsarbete med titeln Studies of rejection in experimental xenotransplantation.

Det var oerhört givande att Cecilia Emanuelsson, med sin prekliniska bakgrund, var huvudhandledare, och hennes kontinuerliga stöd, kunskap och närvaro på labbet var ovärderlig. Aktiv i bakgrunden fanns Tufvan med sina visdomsord, även han med en diger preklinisk bakgrund utöver sin enorma kliniska erfarenhet. Första projektet var egentligen inriktat mot att tillverka monoklonala antikroppar mot molekyler som orsakar avstötning vid transplantation mellan olika djurarter, så kallad xenotransplantation. Även om mina antikroppstillverkande hybridom blev infekterade på löpande band och projektet hamnade i papperskorgen efter mer än ett år så var det pedagogiska värdet betydande.

I avhandlingen hamnade istället studier om leukocyters aktivering i samband med så kallad cellulär avstötning och om kraften hos antikroppar att orsaka allvarliga angrepp på bland annat organets blodkärl. Vivisade i en experimentell modell att man genom att äta artfrämmande celler får till stånd en enormt kraftig tillverkning av antikroppar som riktar sig mot cellerna. I förlängning skulle detta kunna innebära att intag av griskött skulle kunna aktivera en antikroppstillverkning mot köttet som skulle kunna sätta käppar i hjulet för möjligheten att senare i livet erhålla ett grisorgan.

Snabbkurs i njurtransplantation

Efter disputation 2002 läste jag färdigt läkarprogrammet och började parallellt vikariera som underläkare på transplantationskirurgen. Första veckan på transplantationsavdelningen hade jag ”bara” två jourdygn, och det allra första dygnet var faktiskt jourfritt. Jag möttes av den dåvarande chefen och schemaläggaren Jan Wahlberg som i sitt stilla sinne trodde att jag jobbat där tidigare. Efter att jag svarat nej på frågan så försvann han till sitt rum i läkarskeppet och återvände som hastigast till avdelningen med en brun tegelsten till bok med titeln Kidney transplantation. Den såg alldeles oanvänd ut. Han lämnade den i mina händer, tittade mig allvarligt i ögonen och sade sedan med bestämd röst: – Läs den till imorgon! Introduktionen var över. Vi blev genast goda vänner, och hela gänget på transplantationskirurgen i Uppsala stöttade mig tidigt i min kirurgiska gärning.

Forskar-AT öppnar möjligheter

Forskar-AT vid Akademiska sjukhuset möjliggjorde att jag kunde fortsätta den experimentella verksamheten. Vi fortsatte studera transplantation mellan olika djurarter och såg bland annat att fibroblaster närvarande i organet vid avstötning ökade sin tillverkning av hyaluronsyra, en molekyl som har förmågan att dra till sig vatten och orsakar skadligt ödem i organet. I provrör kunde vi också se att leukocyter som är delaktiga i avstötningsprocessen sannolikt är orsaken till att fibroblasterna aktiveras. Vi kunde också koppla ihop avstötningens allvarlighet, sett i mikroskop, med hur aktiva fibroblasterna var. Som ett sidospår studerades experimentella hjärnskador i ett samarbete med kollegor på neurokirurgen, och vi fann då att en vävnadsskyddande fri radikalhämmare 2-sulfo-phenyl-N-tert-butyl nitrone (S-PBN) minskade mängden T-lymfocyter som tog sig till skadeområdet. Tanken väcktes då att denna i stort sett biverkningsfria fria radikalhämmare skulle kunna användas som immundämpande läkemedel även vid organtransplantation. Det visade sig faktiskt att användandet av S-PBN i samband med transplantation mellan djurarter kunde förlänga organöverlevnaden. Intressant nog räckte det med att ge några doser precis i anslutning till transplantationen för att uppnå denna positiva effekt. Denna behandling har ännu inte provats på människa.

Efter avslutad forskar-AT följde ST på kirurgen vid Akademiska sjukhuset med Haile Mahteme som är en alldeles fantastisk klinisk handledare. Det kändes viktigt att få en bred kirurgisk utbildning även om siktet hela vägen var inställt mot transplantationskirurgi. ST-utbildningen avrundades på transplantationskirurgen, och som färdig specialist 2011 (och nybliven docent) fick jag möjligheten att gå in i bakjoursledet. Idag, 39 år, gift med en infektionslä- kare och med två underbara barn, så jobbar jag som avdelningsläkare på transplantationsenheten i Uppsala.

LifePort Kidney Transporter för maskinperfusion av njurar.

Tabell. Antal patienter som väntar på organ i Sverige 2014.

Aktuell forskning

Organ från hjärndöda donatorer är den största källan till organtransplantation. Det är alldeles klart så att njurar från avlidna donatorer har sämre överlevnad än organ som doneras av en levande givare. Flera förklaringar finns till detta. Dels blir tiden utan cirkulation, benämnd kall ischemitid, längre än för organ från levande givare, dels startar själva hjärndöden i sig olika händelser i kroppen som försämrar cirkulationen perifert i de organ som senare skall transplanteras. Djurmodeller för hjärndöd fanns etablerade men ingen av dem speglade det långsamma förlopp som sker hos människa vid inklämning. Majoriteten av befintliga modeller fokuserade på en momentan eller i alla fall på en mycket kort induktionstid. Ur transplantationssynpunkt var syftet att kunna etablera en kliniskt relevant modell i stordjur för att kunna studera ischemi- och reperfusionsskador samt olika sätt att kunna förhindra detta. I ett stort samarbetsprojekt med neurokirurgen i Uppsala, transplantationsenheten i Huddinge, klinisk immunologi, cellbiologi och anestesi i Uppsala etablerades en grismodell där man under cirka fyra timmar gradvis blåser upp en epiduralt placerad ballong. Ur neurokirurgisk synvinkel betedde sig hjärndödsinduktionen mycket lik den situation man ser på neurointensivvårdsavdelningar runt om i landet. Man såg också en tydlig negativ påverkan i perifera organ såsom njurar, lever och pankreas efter hjärndödens inträde. Vi drog slutsatsen att modellen borde vara lämplig för framtida studier om ischemi- och reperfusion vid transplantation.

Att förvara organ på is har under många år varit det mest etablerade sättet i transplantationsvärlden för att transportera organ från det att organet opererats ut till dess att cirkulationen kunnat återställas i mottagaren. Metoden är först och främst enkel, men den är också relativt effektiv. Sedan 60-talet har man försökt utveckla kliniskt användbara perfusionsmaskiner för preservation av organ som är bättre än istransport, men antingen har de varit otympliga eller för ineffektiva. För fem år sedan publicerades data i New England Journal of Medicine (Moers et al) där man visade att maskinperfusion med ett kontinuerligt pulserande flöde av preservationslösning genom en njure ökade organöverlevnaden. Man visade också en minskad risk för att funktionsstarten skulle fördröjas, det vill säga indirekta tecken på att organet tagit mindre ischemisk skada.

Från is till maskinpreservation

I Uppsala införde vi under 2011 denna metod som förstahandsval för preservation av njurar från avlidna donatorer och har sedan dess utfört mer än 150 transplantationer efter maskinperfusion. Resultaten är tydliga, andelen njurar som inte startar första veckan har sjunkit från 22 till 8 procent och risken för avstötning första året har halverats från 28 till 14 procent. Effekten är anmärkningsvärt bra! Man kan sannolikt dra slutsatsen att en minskning av ischemiska skador tidigt i transplantationsförloppet har en mycket gynnsam effekt på organets livslängd hos den transplanterade patienten. Det finns nog mer att göra för att dels minska skadorna på organet, dels för att mer frekvent kunna använda organ från äldre donatorer och även från donatorer med sjukdomar som diabetes och hypertoni etc.

Hur kan man ytterligare minska skadorna på organ inför transplantation? Kan man till och med reparera, eller åtminstone skydda organ från ischemi- och reperfusionsskador?

Hypotesen väcktes att vi borde kunna använda maskinpreservation som ett slags ”distributör” av vävnadsskyddande substanser in i organet under preservationstiden. Den första substansen som provats är en typ av makromolekylär heparin med förmågan att binda kraftigt till biologisk vävnad. Syftet var att täcka kärlväggens insida för att på så vis skydda och i viss mån återställa den skyddande yta på kärlväggen som skadats vid ischemi. Vi var först med att publicera detta tillvägagångssätt och det blev ett viktigt delarbete i Amir Sedighs avhandling. Heparinet kunde detekteras både ytligt och djupt i kärlväggarna hos njurar från hjärndöda grisar. För att testa hur effektiv denna typ av behandling var på organfunktionen utvecklades en ex vivo varm perfusionsmaskin. Hela konceptet var baserat på en hjärt-lungmaskin där syresatt varmt blod cirkulerade i två parallellt kopplade njurar, en i behandlingsgruppen och en i kontrollgruppen. Även i detta arbete studerades njurar från hjärndöda grisar. Under min handledning kunde Amir Sedigh visa i sin avhandling att njurfunktionen förbättrades, urinproduktionen ökade och tubulära skadorna minskade så tidigt som fyra timmar efter att cirkulationen släpptes på. Intressant nog var även själva ”prekonditioneringen” med varmt cirkulerande blod i sig effektivt för att minska skadorna på njurvävnaden.

Att använda makromolekylärt heparin i syfte att skydda njurar mot ischemi- och reperfusionsskador är på väg att studeras inom ramen för en fas II-studie där syftet är att i framtiden kunna användas i klinisk vardag.

Ex vivo varm perfusionsmaskin för analys av njurfunktion samt för prekonditionering av njurar.

Grisnjure producerar urin efter reperfusion i ex vivo varm perfusionsmaskin.

Immunosuppressionens påverkan

Utöver ovanstående har det bland annat gjorts ett flertal experimentella studier för att studera den immundämpande effekten hos S-PBN där man i cellkultur kunnat se att den framför allt minskar förekomsten av molekylen L-selectin på leukocyternas yta. L-selectin används som ett slags klister på leukocyternas yta för att fastna på endotelceller och det förklarar varför färre leukocyter tar sig fram till en vävnadsskada med denna behandling. Micro arrayanalyser av fibroblasternas aktivering under avstötning har visat uppreglering i flera viktiga immunassocierade gensystem. Vi har även använt syrebärande molekyler i preservationslösning och visat att det skyddar mot tidiga ischemi- och reperfusionsskador.

Kliniska projekt involverar bland annat immunologisk riskbedömning av transplanterade patienter. Vi använde en in vitro metod för att studera hur kraftig effekt patientens immundämpande läkemedel hade på leukocyter hos varje individ efter transplantation. Ett kraftigt sänkt immunförsvar var associerat med klart högre morbiditet och mortalitet. Andra studier som bedrivs är ett flertal gällande cancer hos njurtransplanterade vilka görs inom ramen för Vivan Hellströms avhandlingsarbete. Avhandlingen kommer att innehålla bland annat en stor prospektiv studie på njurtransplanterade som fått skräddarsydd immundämpande och onkologisk behandling efter cancerdiagnos.

Enzym som kan revolutionera

Uppemot två tredjedelar av alla patienter som väntar på njure från avliden donator har antikroppar i blodet som är riktade mot så kallade transplantationsantigen (HLA). Dessa antikroppar förlänger väntetiderna avsevärt för patienten, och för en del patienter är chansen att någonsin kunna bli transplanterad mikroskopisk på grund av risken för att njuren går under i en avstötningsprocess som startar momentant efter att cirkulationen släppts på. De problematiska antikropparna är IgG, och det har visat sig möjligt att klippa sönder dem med hjälp av ett enzym som tillverkas av streptokocker. Substansen IdeS testas nu i en världsunik fas II-studie i Uppsala med syfte att eliminera transplantationsantikropparna och därmed möjliggöra transplantation för alla dessa immuniserade patienter. I längden kan det spela en mycket stor roll för ett stort antal patienter världen över som väntar på njure, hjärta, lungor, pankreas eller lever.

Framtida forskning

Målet med vår forskning är bland annat att finna behandlingssätt som ensamt eller i kombination med varandra kan minska den ischemiska skada som organ drabbas av före transplantation. Vi vill också finna sätt att ”reparera” eller åtminstone skydda organ från den skada som varmt blod åstadkommer när cirkulationen återställs, så kallad reperfusionsskada. För att nå dit behöver vi använda oss av experimentella metoder såsom ischemimodeller i smådjur men även långtidsförsök med organtransplantation i grisar. Maskinperfusionsstudier är en viktig del i det hela. Den kliniknära frågeställningen gör det naturligt att bedriva denna translationella forskning där man direkt ser möjligheten att överföra resultaten till människa.

De immunologiska hindren för patienter med transplantationsantikroppar är betydande. Vi kommer parallellt med ovanstående forskning att utföra ett flertal kliniska studier med syfte att snabbt klippa sönder de skadliga antikropparna och därmed göra transplantation möjlig för många patienter.

Ensam är inte starkast

Ett stort tack till alla i forskargruppen! Utan er hade denna forskning inte varit möjlig att genomföra. Forskning är, precis som transplantationskirurgi, helt beroende av samarbete. Jag anser det oerhört viktigt att upprätthålla vår täta kontakt med andra institutioner på hemmaplan och internationellt för att kunna prestera forskning av högsta kvalitet.