Tiefgekühlte Spenderlebern - wissenschaft.de
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Gesundheit+Medizin

Tiefgekühlte Spenderlebern

Eine Frostschutz-Substanz wird in eine Leber eingeleitet. (Bild: Massachusetts General Hospital)

Eiskalt und doch nicht gefroren: Forschern ist das „Supercooling“ von menschlichen Lebern geglückt: Ohne dass es zu zerstörerischen Frost-Effekten kommt, konnten sie die Organe durch ihr neues Verfahren auf minus vier Grad Celsius abkühlen. Das Konzept könnte damit die mögliche Lagerdauer der kostbaren Spenderlebern auf 27 Stunden verlängern, sagen die Wissenschaftler.

Wird ein Spenderorgan verfügbar, beginnt ein Wettlauf mit der Zeit: Die bisherigen Möglichkeiten zur Kühlung und Lagerung von Spenderlebern geben Ärzten nur ein Zeitfenster von etwa neun Stunden – danach sinken die Chancen für eine erfolgreiche Transplantation drastisch. Dieser kurze Zeitrahmen reicht oft nicht aus, um die Organe zu einem kompatiblen Patienten zu bringen, der sich weit entfernt befindet. Verlängerungsmöglichkeiten der Lagerfähigkeit sind somit gefragt. Sie durch ein Absenken der Temperatur unter den Gefrierpunkt zu erhöhen, schien lange unmöglich. Denn dadurch bilden sich zerstörerische Eiskristalle im Gewebe: Wie spitze Glassplitter beschädigen sie die empfindlichen Zellstrukturen – menschliche Organe nehmen dadurch irreparablen Schaden.

Für anfängliche Hoffnung in diesem Zusammenhang sorgten im Jahr 2014 die Forscher um Korkut Uygun von der Harvard Medical School und dem Massachusetts General Hospital in Boston: Es war ihnen gelungen, Rattenlebern durch die Infiltration mit speziellen Frostschutzlösungen auf minus sechs Grad Celsius abzukühlen, ohne dass sich Eiskristalle bildeten. Anschließend konnten sie die Organe auch wieder aus ihrem kalten Schlummer erwecken und Ratten erfolgreich transplantieren. Doch die Umsetzung dieser vielversprechenden Ergebnisse in eine Methode für die menschliche Transplantationsmedizin hat sich in den vergangenen Jahren als problematisch herausgestellt.

Offenbar geht es doch

Der Grund: Eine Rattenleber unterscheidet sich deutlich von ihrem menschlichen Pendant: Unsere Lebern sind 200-mal größer und enthalten vergleichsweise viel Wasser. „Bei der Unterkühlung wird es mit zunehmendem Volumen exponentiell schwieriger, die Eisbildung bei Temperaturen unter null zu verhindern“, erklärt Co-Autor Reinier de Vries von der Universität Amsterdam. „Viele Experten waren deshalb davon überzeugt, dass das Konzept bei menschlichen Organen nicht funktionieren kann. Offenbar haben wir nun aber doch einen Weg gefunden“, so der Wissenschaftler.

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Wie sie berichten, bestand der erste Schritt darin, den Kontakt mit Luft zu begrenzen. Denn offenbar kommt es sonst zu einem Effekt, der an den Gefrierbrand im Tierkühlfach erinnert: Die Wissenschaftler hatten festgestellt, dass das Risiko der Bildung von Eiskristallen in Bereichen besonders hoch ist, in denen die Schutzlösung mit Luft in Kontakt kommt. Entsprechend konnten sie den Effekt verhindern, indem sie vor der Unterkühlung des Organs die Luft aus dem Aufbewahrungsbeutel entfernten. Als Nächstes fügten die Forscher der bei den Ratten eingesetzten Schutzlösung zwei zusätzliche Inhaltsstoffe hinzu, um die menschlichen Leberzellen besser zu schützen: Trehalose stabilisiert nun deren Membranen zusätzlich und Glycerin erhöht den Frostschutzeffekt der bisher eingesetzten Glucoseverbindung.

Als drittes Schlüsselelement optimierten sie die Methode zur Abgabe der Konservierungslösung an die Leber. Dies wurde auch deshalb notwendig, da der neue Substanz-Cocktail deutlich zähflüssiger ist als die bisherigen Formulierungen, sagen die Wissenschaftler. Wie sie erklären, wird die Leber bei dem Verfahren mit einer Maschine verbunden, die ähnlich wie der natürliche Blutkreislauf Flüssigkeit in das Organ und seine feinen Blutgefäße leitet. Zunächst kommt dabei die herkömmliche Lösung zum Einsatz, um die Leber mit Sauerstoff und Nährstoffen zu versorgen. Anschließend senken die Forscher die Temperatur immer mehr, während sie die Konzentration der neuen Schutzadditive erhöhen.

Vielversprechende Ergebnisse

Dieses schleichende Herunterkühlen ermöglicht es dem Lebergewebe, sich anzupassen, während sich die Lösung gleichmäßig im gesamten Organ ausbreitet, erklären die Wissenschaftler. Anschließend kann es dann bei minus vier Grad Celsius transportiert werden, wodurch sich das bisherige Zeitfenster auf 27 Stunden erweitert. Um die Leber wieder aus dem Kälteschlaf zu erwecken, kommt dann erneut die Infiltration zum Einsatz. Dabei wird die Temperatur der einfließenden Lösung langsam erhöht.

Wie die bisherigen Tests des Verfahrens an menschlichen Lebern gezeigt haben, überstehen die Organe die Prozedur unbeschadet: Die Vitalität der Lebern vor und nach der Unterkühlung war unverändert und sie konnten auch dem Stress einer simulierten Transplantation standhalten, berichten die Wissenschaftler. Wie sie betonen, muss das Verfahren nun allerdings erst weitere Tests bestehen: Experimentelle Transplantationen bei größeren Modell-Tieren müssen zeigen, ob die tiefgekühlten Organe auch langfristig halten, was sie versprechen.

Die Forscher hoffen nun, dass ihr neues Verfahren eines Tages Leben retten kann. Dazu sagt Co-Autorin Shannon Tessier vom Shriners Hospital for Children in Boston abschließend: „Oft befindet sich kein passender Empfänger in der Nähe, wenn ein Organ verfügbar wird. Mehr Zeit kann es deshalb ermöglichen, auch in weiterer Entfernung zu suchen. So besteht die Chance, nicht nur eine Kompromisslösung zu finden. Denn je besser die Merkmale eines Spenderorgans passen, desto länger kann es seine Funktion im Empfänger erfüllen“, so die Wissenschaftlerin.

Quelle: NIH/National Institute of Biomedical Imaging & Bioengineering, Nature Medicine doi: 10.1038/s41587-019-0223-y

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