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StartseiteForschung aktuellZellhaufen im Trainingscamp28.02.2014

OrganzüchtungZellhaufen im Trainingscamp

Tissue-Engineering. - Künstliche Organe in Gestalt der natürlichen Vorbilder können Forscher inzwischen recht gut züchten. Der entscheidende Schritt dagegen steht noch aus: die Funktion. Die Lunge aus dem Labor muss nicht nur aussehen wie eine Lunge, sie muss auch so arbeiten. Eine Arbeitsgruppe aus New Haven, Connecticut, hat auch schon eine Idee, wie sie das schaffen könnte.

Von Michael Lange

Eine Lungentransplantation - hier an der Medizinischen Hochschule Hannover (picture alliance / dpa / Junge/Mhh)
Künstliche Organe für eine Lungentransplantation wie hier an der MHH in Hannover gibt es noch nicht. (picture alliance / dpa / Junge/Mhh)

Versteckt hinter viel Glas und allerlei Schläuchen ist eine kleine Röhre aus organischem Material zu sehen - nicht einmal bleistiftdick. Sie bewegt sich ein wenig. Rhythmisch fließt eine Flüssigkeit durch ihr Inneres. 

"This is one of our bioreactors…."

Hier wächst im Innern eines Bioreaktors eine Arterie, ein Blutgefäß, erklärt die Studentin Elizabeth Calle. Sie arbeitet im Fachbereich für Gewebezüchtung an der Yale Universität in New Haven an der Ostküste der USA.

"Die Blutgefäße sind an beiden Seiten des Bioreaktors befestigt. Wir pumpen eine blutähnliche Flüssigkeit unter Druck durch sie hindurch. Damit sich keine Bakterien verbreiten, muss alles so steril sein wie möglich."

Blutgefäße sind keineswegs nur Rohrleitungen, durch die das Blut hindurchfließt. Sie sind einfache Organe und damit Vorläufer für Lungen, Herzen oder Nieren. Im Bioreaktor durchlaufen die Arterien eine Art Training. Sie lernen, beweglich und stark zu sein. Nur so können sie dauerhaft einem hohen Druck standhalten. Gleichzeitig sollen die Blutgefäße möglichst aus patienteneigenem Gewebe bestehen. Nur dann werden sie vom Immunsystem des Patienten nicht abgestoßen. Um beides zu gewährleisten, haben die Bioingenieure an der Yale-Universität eine besondere Technik entwickelt. 

"Wir beginnen mit einem Gerüst aus Kunststoff, das wir mit glatten menschlichen Muskelzellen besiedeln. Mit der Zeit bauen die Muskelzellen das künstliche Skelett ab und bilden ein eigenes aus menschlichem Kollagen. Das dauert zehn bis zwölf Wochen. Am Ende steht ein vollkommen biologisches Gerüst."

Durch die Belastung im Bioreaktor wird das neue Gefäß-Skelett stark und zugleich elastisch, wie Muskeln beim Training im Fitness-Center. Anschließend werden die Muskelzellen wieder abgewaschen. Zur Transplantation in den Empfänger gelangt lediglich das Gerüst, erklärt Laura Niklason. Sie leitet die Arbeitsgruppe an der Yale-Universität und ist Professorin für Anästhesiologie und Medizintechnik. 

"Wir haben die Organgerüste von Zellen befreit und zunächst in Versuchstiere verpflanzt. Dann konnten wir beobachten, wie die Zellen der Tiere das Gerüst sofort besiedelten. Innerhalb einiger Wochen oder weniger Monate wird aus dem Kollagen-Skelett ein lebendes Organ."

Auch Menschen haben bereits ein Blutgefäß aus dem Labor erhalten. Ein Arteriengerüst aus dem Labor wurde in ihren Unterarm verpflanzt.

Niklason: "Unsere ersten klinischen Studien haben wir bei Nieren-Patienten in Polen und den USA durchgeführt. Die Arterie aus dem Labor verbindet in ihrem Arm eine eigene Arterie mit einer Vene. Dazu wurden bislang künstliche Arterien aus Teflon verwendet."

Derzeit werden die Blutgefäße aus dem Labor in einer abschließenden Phase-III-Studie weiter getestet. Aber das ist nur ein Anfang. Nach 15 Jahren Experimentierphase wollen die Organzüchter an der Yale-Universität mehr. Es geht um größere, kompliziertere Organe, wie Lungen, Herzen oder Nieren. Laura Niklason und ihr Team haben in ihren Bioreaktoren bereits Lungengewebe gezüchtet. Dabei ist es kein Problem, menschliche Zellen auf Lungengerüsten anzusiedeln, wie kürzlich Wissenschaftler aus Texas berichteten. Laura Niklason geht es darum, Organe zu züchten, die nicht nur aussehen wie Lungen, sondern auch so funktionieren. Dazu brauchen Lungen ähnlich wie die Blutgefäße Trainingsmethoden, die genau auf ihre Arbeit im Körper abgestimmt sind. Erste Erfolge konnte Laura Niklason bereits bei Ratten erzielen. 

"In einem Bioreaktor besiedelten wir ein Lungengerüst mit verschiedenen Lungenzellen. Dann pumpten wir Nährmedium durch die Lunge, um sie am Leben zu erhalten. Als wir versuchten das Organ in Ratten zu verpflanzen, funktionierte die Lunge recht gut für ein paar Stunden."

Die Forscher an der Yale-Universität haben nun begonnen, ein Spezialtraining für Lungen im Bioreaktor zu entwickeln.

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