Indispensabile conservare vitali gli organi, tra prelievo e trapianto

Nel 1936, in un articolo apparso su The Literary Digest si sosteneva che “Charles Lindbergh sarebbe stato, in futuro, ben più noto per la sua l’attività scientifica piuttosto che per essere stato il primo a trasvolare sopra l’Atlantico fino a Parigi”, con riferimento al significativo apporto di Lindbergh alla ricerca scientifica e tecnologica.

I fatti hanno dimostrato la fallacia di questa profezia, che abbiamo voluto tuttavia riprendere per introdurre il tema della perfusione artificiale degli organi destinati al trapianto, in quanto è proprio a Lindberg che si deve la realizzazione, assieme ad Alexis Carrel, di uno dei primi dispositivi in grado di mantenere la vitalità degli organi dopo il prelievo anche per parecchi giorni.

di Delfina Pavesi

L’idea di Lindbergh e Carrel nasceva proprio dalla necessità di affrontare un aspetto fondamentale nell’attività di trapianto degli organi, la possibilità di conservarli vitali (“preservation” degli autori anglosassoni) nella fase di ischemia e di anossia, che si verifica dopo la sospensione della circolazione spontanea e il prelievo, fino al momento dell’impianto nel ricevente, quando riparte la perfusione sanguigna.La prolungata ischemia determina la distruzione dei meccanismi integrati biochimici che assicurano la conservazione dei gradienti osmotici e ionici tra il comparto intra ed extracellulare. In queste condizioni, il mantenimento dell’omeostasi biochimica comporta la progressiva deplezione delle riserve energetiche intracellulari (ATP), fino al loro esaurimento, il che a sua volta determina l’ingresso incontrollato degli ioni Calcio all’interno della cellula, la distruzione della membrana e quindi la morte cellulare.La perfusione artificiale degli organi è teoricamente in grado di risolvere questo problema, tuttavia già al tempo di Lindbergh erano emerse le difficoltà tecniche che rendevano problematico questo approccio. La soluzione di gran lunga più utilizzata per la conservazione degli organi è quella basata sulla riduzione della temperatura, che consente di ridurre il danno ischemico. Si calcola che ogni riduzione di 10°C si associa a un calo del 50% del metabolismo cellulare, fino a raggiungere valori pari al 10% del basale a una temperatura compresa tra 0 e 4°C.Questo è il principio della conservazione a freddo, che nella terminologia anglosassone viene detta “static cool storage” (SCS) per sottolineare il fatto che l’organo prelevato, una volta rimosse le componenti sanguigne presenti nel suo interno, viene immerso in apposite soluzioni nutritive e mantenuto in un contenitore sterile, ermetico e isolato, a una temperatura attorno ai 4°C.In queste condizioni, gli organi possono essere conservati per un periodo di tempo che varia dalle 4 alle 24 ore, a seconda dell’organo, e quindi trasportati nella sede del trapianto.Tuttavia anche l’ipotermia induce qualche effetto negativo sulle cellule, in particolare sulla parte lipidica della membrana, con perdita della sua integrità. Le conseguenze di questi fenomeni sono accentuate dal fatto che all’atto dell’innesto gli organi vanno incontro a una fase di riscaldamento e di riperfusione, condizioni che determinano ulteriori danni ischemici (“danno di ischemia-riperfusione”), una delle principali cause di mancata ripresa funzionale e di fallimento del trapianto.L’adeguato bilanciamento tra gli effetti protettivi dell’ipotermia e i possibili danni, assieme al miglioramento delle tecniche chirurgiche e dei materiali e delle soluzioni impiegate, ha fatto sì che grazie alla conservazione a freddo, a partire dagli anni ’60, sia stato possibile effettuare un grandissimo numero di trapianti, con ottimi risultati.La SCS resta di gran lunga la tecnica più utilizzata, per la sua semplicità, i costi contenuti, la maneggevolezza durante il trasporto.Da qualche decade, tuttavia, l’attenzione dei ricercatori si è nuovamente spostata sulla possibilità di utilizzare tecniche di perfusione artificiale nella gestione degli organi destinati al trapianto.Il motivo di questo “ritorno al passato” risiede nella necessità di far fronte al crescente divario tra il fabbisogno di organi e la loro effettiva disponibilità e di trovare quindi nuove strategie utili a espandere ulteriormente il numero degli organi utilizzabili per il trapianto.Grazie ai progressi della ricerca scientifica e tecnologica, negli anni ‘90, è stato possibile mettere a punto particolari apparecchiature in grado garantire una più lunga e migliore conservazione degli organi, inizialmente destinate ai reni, ma poi progressivamente estese a tutti gli altri. Il crescente impiego di queste metodiche ha anche permesso di mettere in luce altri loro potenziali vantaggi, la possibilità di recuperare organi in prima istanza considerati non idonei, dopo una più accurata e prolungata valutazione funzionale, la possibilità di manipolazioni chirurgiche o farmacologiche per migliorarne la qualità, oltre che di guadagnare tempo per definire le caratteristiche del donatore e l’allocazione più favorevole.

“Preserve, assess, rejuvenate”, in sintesi, è lo slogan che caratterizza questo approccio: è un dato di fatto il suo ruolo sempre più rilevante nell’attività trapiantologica attuale e in molti casi i risultati dei trapianti di organi sottoposti a perfusione sono superiori a quelli conservati in modo tradizionale.Si tratta di metodiche che vengono applicate dopo il prelievo e prima dell’innesto nel ricevente, e per questo sono comunemente indicate con il termine di “ex situ” (al di fuori quindi dell’organismo) machine perfusion (MP). Come vedremo, quando si parla di MP si fa riferimento a una generica categoria tecnologica, ma nella realtà esistono sistemi di perfusione per ogni singolo organo, che presentano caratteristiche anatomo-funzionali del tutto particolari.Attualmente, sono disponibili per l’uso clinico MP per tutti gli organi solidi da trapiantare, rene, fegato, cuore, polmoni, pancreas.Il principio base del funzionamento delle MP è basato sulla presenza di una pompa che fa circolare un liquido di perfusione all’interno dei vasi sanguigni dell’organo prelevato, collegati attraverso un sistema di tubature che garantiscono il flusso continuo, con l’ingresso sul versante arterioso e l’uscita su quello venoso.In questo modo, è anche possibile rimuovere dal sistema circolatorio i cataboliti e i prodotti di degradazione metabolica che si accumulano durante la fase ischemica, con effetti negativi sulla vitalità cellulare, e al tempo stesso valutare lo stato della microcircolazione attraverso la misura delle resistenze al flusso.Su questo schema-base, si innestano numerose variabili che riguardano: la temperatura di esercizio (grossolanamente si possono distinguere sistemi ipotermici- Hypothermic machine perfusion, HMP- e normotermici-Normothermic machine perfusion-, NMP); la qualità e la composizione del liquido di perfusione (per esempio, con o senza globuli rossi); il tipo di flusso determinato dalla pompa (continuo o pulsatile); la trasportabilità dell’apparecchiatura, ecc.Nonostante si tratti di un settore di nicchia, la ricerca biomedica è molto impegnata per trovare nuove e migliori soluzioni.Uno degli aspetti più aperti riguarda la temperatura alla quale avviene la perfusione, che può essere ipotermica o normotermica: nel primo caso, il liquido di perfusione ha una temperatura tra i 4 e i 10°C, nel secondo tra i 34 e i 39°C.Nella perfusione ipotermica, pur in condizioni di ridotto metabolismo, vengono somministrati substrati protettivi e nutritivi con benefici effetti sulla conservazione della vitalità cellulare, inoltre il flusso consente di rimuovere le tossine accumulate e di mantenere la pervietà dei segmenti vascolari. Per migliorare ulteriormente il quadro, alcuni ricercatori hanno proposto di aggiungere ossigeno al fluido di perfusione.Questa tecnica viene largamente utilizzata nel trapianto di rene (si calcola che circa un terzo del totale sia oggetto di questo trattamento) e, in misura minore, nel trapianto di fegato. È dimostrato che, rispetto alla SCS, l’uso di HMP consente di utilizzare un maggior numero di organi e di ridurre l’incidenza di complicanze quali la mancata o la ritardata ripresa funzionale del graft.Rispetto alla HMP, la tecnica normotermica presenta ulteriori vantaggi: gli organi, tenuti in condizioni simili a quelle fisiologiche conservano la loro attività metabolica e questo consente una valutazione funzionale molto più accurata (per esempio misurando le produzione di bile e di urina e la capacità di eliminare le scorie) e più indicativa della futura ripresa dopo il trapianto (misurando la produzione di specifici biomarker).La metodica è naturalmente più complessa, è necessario somministrare sostanze nutrienti, ossigeno e globuli rossi, sotto stretto monitoraggio, e naturalmente costosa, in termini di costo dell’apparecchiatura e d’impegno di risorse professionali.Mentre la HMP consente di mantenere gli organi in perfusione ex situ per alcune ore, di regola intorno alle 4, i tempi con la NMP possono essere sensibilmente allungati, e sono riportati casi di perfusione di sette giorni, con esito favorevole del successivo trapianto.L’impatto sul piano clinico e organizzativo è del tutto evidente, tanto che si fa strada l’ipotesi di realizzare una sorta di “banca degli organi”, dove sia possibile conservare gli organi prelevati fino al momento del trapianto, con una gestione che permetta anche di migliorare gli aspetti funzionali.Come abbiamo visto, questi fattori sono in grado di garantire una maggior disponibilità di organi da trapiantare, ma aprono anche grandi prospettive sulla possibilità di migliorare l’esito del trapianto, attraverso la somministrazione di farmaci capaci di limitare i danni legati alla fase “ischemia-riperfusione” e di sostanze in grado di controllare la reazione immunitaria (“immonomodulazione”) e quindi facilitare la ripresa funzionale dell’organo, anche sul lungo periodo.

La situazione attuale.

Sono disponibili per l’uso clinico MP per tutti gli organi solidi.Per il trattamento ex situ del rene esistono molte apparecchiature, anche trasportabili, prevalentemente di tipo ipotermico. Numerosi studi confermano la validità della metodica guardando i risultati sul lungo periodo, soprattutto nel caso di donatori o di organi “marginali” (extended criteria donors”, ECD) e nella donazione a cuore fermo (DCD). Considerati i costi della metodica e l’impegno organizzativo richiesto, l’attenzione è principalmente focalizzata sull’identificazione dei casi nei quali essa possa trovare un solida indicazione. La tecnica normotermica è attualmente meno utilizzata e oggetto di ricerca sperimentale.Per quanto riguarda il fegato, i primi casi trattati con HMP risalgono al 2010: da allora la metodica ha trovato un crescente utilizzo, sia per la capacità di migliorare l’esito del trapianto, sia per la possibilità di allargare il pool dei donatori, con il recupero di organi altrimenti destinati allo scarto. Particolare sviluppo ha avuto la perfusione normotermica, che permette una più precisa valutazione funzionale dell’organo, con la produzione della bile, la clearance dei lattati, l’andamento della citolisi. Sono disponibili apparecchiature per la doppia perfusione (arteria epatica e vena porta), con modulazione della temperatura e trasportabili.Anche nel caso del fegato, la principale indicazione all’uso di MP sono i donatori ECD e la donazione a cuore fermo, con la ricerca di metodiche sempre migliori e delle più corrette indicazioni.Per il cuore, è disponibile una specifica apparecchiatura, che permette la perfusione in normotermia, trasportabile. In queste condizioni è possibile un’accurata valutazione dell’organo, soprattutto della contrattilità e del flusso coronarico. La NMP nel trapianto di cuore consente di allungare significativamente i tempi della preservazione e di utilizzare un crescente numero di cuori “marginali” (per l’età del donatore per esempio) come nel caso del trapianto di cuore dopo donazione a cuore fermo.Il trapianto di polmone è probabilmente il campo nel quale l’uso delle MP ha avuto il maggior impatto sul piano clinico. La metodica, detta comunemente “ex vivo lung perfusion, EVLP”, avviene in normotermia, consente di allungare sensibilmente i tempi di conservazione, di effettuare una precisa valutazione funzionale, misurando l’efficienza degli scambi gassosi, e di trattare l’organo con farmaci e sostanze immunomodulanti per ridurre il danno da ischemia-riperfusione e di effettuare manovre chirurgiche. Anche nel caso del polmone, il principale vantaggio è rappresentato dalla possibilità di utilizzare organi valutati in prima istanza non idonei, ma utilizzabili dopo il trattamento con NMP. Per quanto riguarda il pancreas, la particolare delicatezza dell’organo pone seri limiti alla possibilità di usare sistemi di perfusione artificiale, tuttavia anche in questo campo la ricerca continua, considerato il fabbisogno tuttora non soddisfatto.

La situazione in Italia.

Risale al 2017 il documento del CNT che propone le linee di indirizzo per l’utilizzo delle MP in Italia: nel rispetto dell’autonomia clinica dei singoli centri di trapianto, sono definite le indicazioni fortemente raccomandate o suggerite per la perfusione nelle diverse situazioni e si sollecita una raccolta sistematica dei dati per costruire la basi per un approccio metodologicamente corretto al tema, in una logica di Health Technology Assesment (HTA), mirato essenzialmente a una valutazione costo/beneficio.Negli ultimi anni l’impiego delle MP è sensibilmente cresciuto anche in Italia. Le principali indicazioni sono legate alla valutazione funzionale nel caso di ECD (donatori con criteri estesi: una categoria sempre più presente nel panorama nazionale, soprattutto per quanto l’età dei potenziali donatori) e nel caso della donazione a cuore fermo, sia controllata sia non controllata.Ricordiamo che in questi casi il periodo di accertamento della morte con totale assenza di circolazione in Italia è di 20’, una durata assai più lunga di quella osservata nella quasi totalità degli altri paesi, e questo implica la necessità di una più accurata valutazione funzionale degli organi da trapiantare dopo una protratta fase di ischemia calda. La perfusione ex situ è quindi di fondamentale importanza per garantire la possibilità di procedere al trapianto in sicurezza.Il più recente report del CNT (relativo ai dati raccolti sistematicamente fino al 2020) indica che la perfusione ex situ è stata utilizzata nel 17% dei reni utilizzati, nel 14% dei cuori, nel 10% dei polmoni e nell’8% dei fegati.Interessante è sottolineare che nella maggior parte dei casi, in mancanza della perfusione ex situ, gli organi sarebbero stati rifiutati perché ritenuti non idonei. I dati relativi all’esito del trapianto confermano la validità dell’approccio, sia per la sopravvivenza dell’organo sia per la comparsa di complicanze.La perfusione ex situ degli organi rappresenta un fattore fondamentale per lo sviluppo dell’attività trapiantologica, sia per far crescere il numero dei trapianti sia per migliorarne la qualità. Molti aspetti clinici sono tuttora oggetto di studio, alla ricerca delle migliori soluzioni per le diverse situazioni e per i diversi organi, ma senza dubbio si aprono prospettive del tutto nuove e stimolanti, come per esempio la creazione di centri deputati alla conservazione dinamica e al trattamento degli organi prelevati, messi poi a disposizione della rete per il successivo impianto nel ricevente. Alcune realtà sono già attive con buoni risultati e ci sono tutte le premesse perché nel prossimo futuro possano diventare un aspetto consolidato nel panorama dell’attività trapiantologica.