Exkurs - Organe aus der Fertigung

Neue Ansatzpunkte zur künstlichen Herstellung menschlicher Organe

In Europa warten über 80.000 Menschen auf ein Spenderorgan. Trotz vieler Initiativen zur Förderung von Organspenden sterben jeden Tag durchschnittlich 16 Menschen, die auf der Warteliste stehen. (EU-Kommission anlässlich des Europäischen Organspendetags 2016 ). Mittlerweile gibt es, angefangen von der Renovierung der Organe durch Austausch der Zellen über genetisch veränderte Tiere bis zum gedruckten Herzen mehrere Ansatzpunkte und Methoden, wie der Mangel dringend benötigter Organe zukünftig behoben werden soll.

Was kaputt ist, muss ersetzt werden. So einfach ist der Grundsatz, dessen Umsetzung sich allerdings schnell als schwierig erweisen kann. Handelt es sich um ein Auto Teil oder das Display eines Smartphones ist schnell ein Spezialist zur Reparatur und ein Ersatzteil gefunden. Handelt es sich jedoch um ein menschliches Organ, das seiner Aufgabe nicht mehr nachkommt, gerät schon die Beschaffung des Ersatzes zur gesamt gesundheitswirtschaftlichen Mamutaufgabe. 12.000 Menschen sind allein in Deutschland zwingend auf ein neues Organ angewiesen und vielen mehr könnte darüber hinaus geholfen werden, wenn man auch kranke, nur mehr bedingt leistungsfähige Organe ersetzen könnte. Aber woher die Organe nehmen? Menschliches Gewebe kommt schließlich nicht aus der Fertigung… zumindest noch nicht. Wissenschaftler verschiedener Disziplinen auf der ganzen Welt nähern sich der Lösung aus unterschiedlichen Richtungen. Tissue Engeneering, 3-D-Druck und Xenotransplantation sind vielversprechende Methoden, die wir hier vorstellen möchten.

menschliche Organe


Xenotransplantation

Auch wenn man das äußerlich nicht in erster Instanz vermuten würde, ähneln sich Schweine und Menschen hinsichtlich der Größe und Leistungsfähigkeit ihrer inneren Organe gar nicht unerheblich. Diese biologische Nähe führte zu der Idee, genetisch veränderte Schweine als Träger für Ersatzorgane zu züchten. Überall auf der Welt würden dazu hochsterile Farmen zur Zucht der Schweine entstehen. United Therapeutics, ein US-amerikanischer Biotech-Konzern, baut bereits eine Farm im US-Bundesstaat North Carolina, die ab 2017 jährlich bis zu 1.000 Schweinelungen zur Transplantation liefern soll. Das Zulassungsverfahren läuft.

Um bei so gewonnen Organen eine Abstoßreaktion des menschlichen Immunsystems zu vermeiden, müssen die Schweine vorher genetisch verändert werden (Gene Editing). Es handelt sich dann um sogenannte transgene Schweine. Obwohl die Idee schon in den 1960er Jahren aufkam, war die Abstoßreaktionen damals ein unüberwindbares Problem, bis David Cooper und Kollegen in den 1990er Jahren das Antigen alpha-1,3-Galaktose als Ursache für viele Immunreaktionen identifizierten. Die medikamentöse Unterdrückung der Bildung des Antigens brachte Fortschritte, aber noch nicht den Durchbruch. Es bleiben einige Immunreaktionen. Auch ist die Frage ungeklärt, ob sich eventuelle endogene Retroviren so genannte porcine endogenous Retroviruses (PERVs) im Körper des Organempfängers aktivieren.

Bei United Therapeutics scheint man angesichts der investierten Summe von über 150 Mio. US$ jedoch zuversichtlich zu sein, diese unerwünschten Neben-Reaktionen bald in den Griff bekommen zu können.

Tissue Engineering

Vielversprechend ist auch der zweite Ansatzpunkt: dem Einsatz von Stammzellen. Ihre faszinierenden Eigenschaften zur Bildung verschiedener Zellarten ist immer wieder Anlass für Schlagzeilen. Sie haben das Potenzial, auch bei Organersatz verwendet zu werden. Das Hauptproblem hier ist es, die Stammzellen in die Form des Organs zu bringen und sie zur Umwandlung in die gesuchten Zellen anzuregen.

Einen eleganten Weg dazu geht man beim Tissue Engineering. Hier werden aus einem Organ zunächst die Zellen herausgelöst und ausgewaschen, bis lediglich die Matrix übrigbleibt. Diese Matrix ist das Gerüst des Organs – die Struktur, auf der die Zellen sitzen. Ist nur noch die Matrix übrig, kann sie mit den Stammzellen versetzt werden. Der Vorteil hierbei liegt darin, dass durch die Zuhilfenahme eines natürlichen Organs alle Strukturen so vorhanden sind, wie sie gebraucht werden.

3-D-Druck

Obwohl schon 1983 erfunden, nimmt die 3-D-Drucktechnik erst jetzt so richtig Fahrt auf. Seit 2009 das wichtigste und in den letzten Jahren weitere Patente ausgelaufen sind, werden ständig bessere Drucker entwickelt. 2011 wurde an der Washington State University schließlich auch eine medizinische Anwendung des 3-D-Drucks vorgestellt: der Knochendrucker. Genau genommen druckt er keine Knochen, sondern ein maßgeschneidertes Implantat aus einem Compositwerkstoff. Dieses Implantat wird dem Patienten dort eingesetzt, wo ihm durch Verletzung, Operation oder Tumore Knochenmaterial fehlt. In den Wochen nach der Operation durchwachsen Knochenzellen das Stück aus dem 3-D-Drucker und bauen es ab. Zurück bleibt der nachgewachsene Knochen des Patienten.

Ganze Organe sind das nächste erklärte Ziel der 3-D-Druck-Forschung. Zukünftig sollen Herz, Leber und die häufig transplantierte Niere in beliebiger Anzahl und mit den Genen des Patienten gedruckt werden können. Prinzipiell konkurrieren dabei dieselben Systeme, die man aus dem Papierdruck kennt: (Tinten-) Strahl- und Laser-Drucker. Es ist die näherliegende Methode, die Zellen in einer Flüssigkeit gelöst auf die gewünschte Position zu spritzen. Erstaunlicherweise zeigt sich jedoch, dass mehr Zellen den Prozess überstehen, wenn sie mittels Laser auf den Untergrund geschossen werden. An derartigen Laser-Druckern arbeitet man im Laser Zentrum Hannover und konnte dort fast alle Zellen lebend an ihren Bestimmungsort bringen. Der schichtweise Aufbau von flexiblen Organen gestaltet sich hier zum aktuellen Zeitpunkt noch als besonders schwierig.


Fazit

Zusammengefasst kann festgehalten werden, dass (neben den drei genannten) aktuell und in den kommenden Jahren immer mehr vielversprechende Ansatzpunkte zur Erstellung von Ersatzorganen Einzug in den medizinischen Alltag halten. Nun gilt es, diese Methoden weiterzuentwickeln und kontinuierlich zu verfeinern. Denn egal, in welche Richtung der Durchbruch letztlich gelingt, die verfolgte Zielsetzung bleibt die gleiche: Die Wartezeit auf Spenderorgane zu reduzieren und die gefürchtete Warteliste auf diese Weise Stück für Stück zu eliminieren.

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