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Medizin

OrganEx: Organfunktion nach dem Tod von Schweinen teilweise wieder hergestellt

Donnerstag, 4. August 2022

/Yale University, Marin Balaic

New Haven/Connecticut – US-Forschende haben den Kreislauf von Schweinen eine Stunde nach einem indu­zier­ten Herzstillstand mit einem Perfusor und einem Kunstblut wieder hergestellt. Dadurch gelang es ihnen offenbar das völlige Absterben der Organe zu verhindern. Die in Nature vorgestellte Methode soll die Verfüg­barkeit von Organen für Transplan­tationen erhöhen, dürfte aber auch für ethische Diskussionen sorgen (2022; DOI: 10.1038/s41586-022-05016-1).

Vor 3 Jahren war es einem Team um Nenad Sestan von der Yale Universität in New Haven bereits gelungen, das Gehirn von geschlachteten Schweinen mit einer Hämoglobin-basierten Nährstofflösung zu perfundieren und das weitere Absterben der Hirnzellen zumindest teilweise aufzuhalten. Die Forschenden hatten dafür eine spe­zielle Herz-Lungen-Maschine, „BrainEx“, entwickelt, die einen pulsierenden Blutstrom erzeugt.

Die Nährstofflösung bestand aus „Hemopure“, das chemisch vernetzte Hämoglobinmoleküle von Rindern enthält. Es wurde von der US-Firma Biopure für die Veterinärmedizin zur Behandlung von Anämie und Ischämie ent­wi­ckelt. Das Blut wurde in „BrainEx“ mit Sauerstoff angereichert und von Schadstoffen befreit.

Das Experiment war 4 Stunden nach dem Tod der Tiere erfolgt. Der Transport vom Schlachthof ins Labor erfolg­te damals in einer Kühlbox. Die Forschenden berichteten in Nature (2019; DOI: 10.1038/s41586-019-1099-1), dass es ihnen gelungen sei, das völlige Absterben der Hirnzellen zu verhindern.

Die zytologische Architektur des Gehirns war bis auf die Ebene von Synapsen erhalten geblieben, und in Zell­schnitten reagierten die Nerven auf äußere Reize mit einer Depolarisation wie im lebenden Gehirn. Es wurden allerdings keine echten Lebenszeichen des Gesamtgehirns gemessen. Die EEG-Linie blieb flach.

Erste Versuche mit „OrganEx“

Jetzt haben die Forschenden das Experiment an dem Gesamtorganismus von Schweinen wiederholt. Der Perfu­sor, er heißt jetzt „OrganEx“, wurde überarbeitet. Es fehlt der Behälter, in dem das Gehirn angeschlossen war. Stattdessen gibt es einen Ausgang für das arterielle „Blut“, das in die Leistenarterie gepumpt wird, und einen Eingang für venöses Blut, das aus der Leistenvene in „OrganEx“ zurückfließt.

Das Gerät ist vergleichbar mit einer Herz-Lungen-Maschine mit dem wesentlichen Unterschied, dass es nicht das körpereigene Blut oxygeniert und anschließend in den Körper pumpt, sondern erneut eine Nährstofflösung auf der Basis von „Hemopure“.

Weitere Bestandteile sind Glukose und Pyrovat zur Nährstoffversorgung sowie eine Reihe von zytoprotektiven Wirkstoffen, die ein weiteres Absterben der Zellen verhindern sollen. Enthalten ist auch eine höhere Dosis des Antiepileptikums Lamotrigin, das eine Übererregung der Hirnzellen vermeiden soll.

Die Tiere wurden für das Experiment anästhesiert. Dann wurde mittels eines elektrischen Impulses ein Herz­stillstand induziert. Die Tiere wurden danach für eine Stunde warm gehalten, damit die Kerntemperatur nicht auf unter 36 °C absinkt. Danach wurden 6 Tiere an „OrganEx“ angeschlossen.

In einer Vergleichsgruppe schlossen die Forschenden 6 Tiere an eine Herz-Lungen-Maschine mit extrakorpo­raler Membranoxygenierung (ECMO) an, um sie mit dem autologen Blut der Tiere zu perfundieren. In beiden Gruppen wurde die Körpertemperatur auf 26 °C gesenkt, um mögliche Reperfusionsschäden gering zu halten.

„OrganEx“ im Vergleich mit ECMO

Mit der Herz-Lungen-Maschine gelang es erwartungsgemäß nicht, die lebenswichtigen Organe zu durchbluten. Ein Absterben der Zellen konnte nicht verhindert werden.

Im Gegensatz dazu kam es in der „OrganEx“-Gruppe zu einer robusten Ganzkörper­perfusion. Auch ein Blutfluss in der Augenarterie – ein Indikator für eine Durchblutung des Gehirns – konnte per Ultraschall nachgewiesen werden. Ähnliche Muster wurden auch in den intralobulären Nierenarterien beobachtet. Offenbar wurde auch Sauerstoff an den Körper abgegeben. Die Tiere entwickelten keine Totenflecken und die Leichenstarre blieb aus.

Die histologischen Untersuchungen, die das Team um David Andrijevic von der Yale School of Medicine durchführten, zeigen, dass die Zell- und Gewebeintegrität in allen analysierten Gehirnregionen und Zelltypen erhalten blieb. Die Veränderungen seien mit denen bei „BrainEx“ durchaus vergleichbar, schreiben die Forschenden.

Zellarchitektur von Herz, Leber und Nieren blieb weitgehend erhalten

Der Erhalt des Gehirns war allerdings nicht das Ziel. „OrganEx“ wurde entwickelt, um Spenderorgane im Körper eines herztoten Organismus funktionsfähig zu erhalten. Ob dies gelang, steht nicht fest, da die Organe nicht entnommen und in andere Tiere verpflanzt wurden.

Die histologischen Aufnahmen von Herz, Leber und Nieren zeigen jedoch, dass auch hier die Zellarchitektur weitgehend erhalten blieb. Die Zellen waren in der Lage, Glukose aufzunehmen und zu metabolisieren. Auch die Ergebnisse einer Transkrip­tom-Analyse waren mit einer wenigstens teilweisen Erholung der Zellfunktionen vereinbar.

Im Herzmuskel wurden während des Experiments spontane Kontraktionen beobachtet, die allerdings keinen Anteil an der Durchblutung hatten. „OrganEx“ konnte zu keinem Zeitpunkt abgeschaltet werden. Bei der Untersuchung zeigten die Schweine (die weiterhin narkotisiert waren) spontane Bewegungen im Halsbereich, die auf eine intakte Skelettmuskulatur hindeuten. In der Leber gab es Anzeichen einer Albumin-Produktion, während die Schäden an den Nieren gravierender zu sein scheinen. Die Urinproduktion war minimal.

Das Ziel der Forschenden war es nicht, die Tiere vor dem Tod zu bewahren. Sie wären nach dem Ende der Narkose nicht erwacht. Andrijevic sieht den potenziellen Nutzen in einer Verlängerung der Lebensdauer von Organen bei Verstorbenen, um sie für Transplantationen verfügbar zu machen. Auch ein Einsatz in der Intensivmedizin sei denkbar, um etwa bei einem Herzinfarkt oder einem Schlaganfall die Zeit bis zur erfolgreichen Rekanalisierung zu überbrücken.

Ethische Debatte

Die Publikation der letzten Studie hatte eine intensive Debatte über die Definition des Todes und die Ethik der postmortalen Organspende ausgelöst, die teilweise auf einer Missinterpretation der Ergebnisse beruhten. Die Autoren betonen deshalb, dass die Studie nicht zeige, dass die Schweine in irgendeiner Weise wiederbelebt wurden, was aufgrund der fehlenden elektrischen Aktivität im Gehirn auch nicht zu erwarten sei.

Uta Dahmen, Leiterin Experimentelle Transplantationschirurgie am Universitäts­klinikum Jena, meinte in einer ersten Stellungnahme, dass das System und die damit gewonnenen Erkenntnisse ein „großes Potenzial“ für einen vielfältigen klinischen Einsatz haben könnten.

In der Transplantationsmedizin sei ein Einsatz zum „organ repair“ vor der Transplantation denkbar. Ebenso denkbar sei der Einsatz in anderen Situationen nach einer temporären Minderdurchblutung von Organen wie nach einem Herzinfarkt. Es bleibe jedoch ein weiter Weg von einer vielversprechenden experimentellen Studie zum routinemäßigen klinischen Einsatz eines neuen Medizinprodukts.

Jan Gummert, Direktor der Klinik für Thorax- und Kardiovaskularchirurgie, Herz- und Diabeteszentrum NRW in Bad Oeynhausen, wies darauf hin, dass ein Einsatz der Technik in Deutschland auf ethische Bedenken stoßen werde.

In Deutschland ist – im Gegensatz zu fast allen anderen Ländern mit einem Transplantationsprogramm – die Organspende eines Verstorbenen nur nach dem Hirntod zulässig. In anderen Ländern ist eine Organspende auch nach einem Herzstillstand zulässig. Das ist aus Sicht von Gummert bedauerlich, weil dadurch viele potenzielle Spenderorgane verlorengehen. © rme/aerzteblatt.de

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