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Rezellularisierte Rattenlunge

Ratten atmeten mit biologischer Kunstlunge

Die Konstruktion einer biologischen Kunstlunge ist dem aus Österreich stammenden Chirurgen Harald Ott von der Harvard Medical School in Boston (USA) gelungen. Die bioartifiziellen Organe wurde in Ratten transplantiert, wo sie bis zu sechs Stunden funktionierten.

Medizin 14.07.2010

Die Wissenschafter nutzten dabei ein von Harald Ott entwickeltes Verfahren, bei dem von einer Lunge einer toten Ratte alle Zellen ausgewaschen wurden, bis nur noch das Grundgerüst übrig war.

Die Studie:

"Regeneration and orthotopic transplantation of a bioartificial lung" von Harald Ott et al. in "Nature Medicine".

Dieses wurde dann mit frischen fötalen Lungen-Zellen wiederbesiedelt, wie die Forscher in einer Studie schreiben.

Bereits Kunstherz entwickelt

Bereits vor zwei Jahren hat Ott mit seinem Verfahren zur Herstellung biologischer Kunstorgane Aufmerksamkeit erregt. Damals hat der Wissenschaftler Rattenherzen in einem Bioreaktor nachgebaut und diese wieder zum Schlagen gebracht - eine Transplantation in lebende Tiere war damals allerdings nicht möglich, die Pumpleistung des Retortenherzens betrug "nur" zwei Prozent jener eines erwachsenen Organs. Ziel der damaligen Versuche war primär zu zeigen, dass sich das von Ott entwickelte Verfahren grundsätzlich zur Herstellung von bioartifiziellen Organen eignet.

Für die biologischen Kunst-Lungen bzw. -Herzen verwendeten die Forscher Organe ausgewachsener Ratten, die sie mit einem speziellen Dezellularisierungs-Verfahren regelrecht auswaschen und dabei von allen Herz- bzw. Lungenzellen befreien. Übrig bleibt nur noch ein Gerüst aus sogenannter extrazellulärer Matrix (ECM). Diese ist, wie Ott im Labor und im Tierversuch festgestellt hat, in hohem Maße biokompatibel, das heißt es gibt keinen Hinweis auf Abstoßungsreaktionen.

Gewachsen im Bioreaktor, funktioniert im Tier

Schematischer Ablauf der De- und Rezellularisierung

Harald C Ott

Schematische Darstellung von De- und Rezellularisierung

Die ECM wird dann in einem Bioreaktor mit frischen Zellen des betreffenden Organs wieder besiedelt. Bei den Lungenversuchen wurden dafür zuerst humane Lungentumorzellen, dann Lungenzellen von Rattenföten verwendet, wobei letztere noch nicht fertig ausdifferenziert waren. Innerhalb von fünf bis neun Tagen wuchsen die Zellen entlang der Matrix zu einem funktionsfähigen Organ heran. So unterschied sich etwa die Zahl und Größe der Lungenbläschen nicht von natürlichen Lungen, wie Ott in "Nature" schreibt.

Aber nicht nur im Bioreaktor funktionierte das Kunstorgan, auch im lebenden Tier. Die Wissenschafter ersetzten bei Ratten den linken Lungenflügel durch eine bioartifizielle Lunge. Die Tiere konnten damit bis zu sechs Stunden atmen, was in diesem Stadium der Versuche "vielversprechend" sei, wie Ott im Gespräch erklärte. Das transplantierte Organ habe "annähernd so gut funktioniert" wie der natürliche Lungenflügel.

Nun Versuche mit Lungen anderer Arten

Als nächstes Ziel peilt der Wissenschaftler eine "ausgefeiltere Zellauswahl" für die Wiederbesiedlung der ECM an. So soll etwa versucht werden, aus adulten Stammzellen von Patienten, die an Zystischer Fibrose leiden, Lungenzellen zu züchten und diese auf der Matrix wachsen zu lassen. "Die Frage ist, wie reif Zellen sein müssen, dass sie an der Matrix zu einem funktionierenden Organ heranwachsen", so Ott. Zudem soll das Dezellularisierungs-Verfahren auch bei Lungen von Schweinen und verstorbenen Menschen erprobt werden.

Hoffnungen für die weltweit rund 50 Millionen Menschen, die mit einer chronischen Lungenerkrankung im Endstadium leben, und deren einzige Chance eine Lungentransplantation wäre, dämpft der Wissenschaftler. "Noch ist es zu früh für klinische Studien", sagte Ott. Doch die Wissenschaft arbeitet fieberhaft an dieser neuen Möglichkeit für den Organersatz und auch das Interesse der Industrie sei massiv gestiegen.

Erste Ansätze in der Medizin

So stehen nicht nur Lunge und Herzen, sondern auch andere Organe im Mittelpunkt des wissenschaftlichen Interesses. Vor wenigen Monaten hat laut Ott eine ebenfalls aus Boston stammende Gruppe gute Resultate mit einer bioartifiziellen Kunstleber publiziert. Ein weiteres Projekt widme sich der - Insulin-produzierenden - Bauchspeicheldrüse.

Wie nahe "Tissue Engineering", also die Züchtung von bestimmten Geweben, an der Anwendung ist, zeigt das Beispiel spanischer Ärzte: Sie hatten Ende 2008 einer Frau, deren linker Hauptbronchus - die Verbindung zwischen Luftröhre und Lungenflügel - irreparabel geschädigt war, aus Spendermaterial und Zellen der Patientin eine neue Bronchie "gezüchtet" und eingesetzt.

Ott schätzt, dass in den nächsten fünf bis zehn Jahren immer mehr derartige Anwendungen erfolgen werden, "schrittweise wird sich die Komplexität in Richtung kompletter Organe erhöhen".

science.ORF.at/APA

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