Auf den ersten Blick hat die Biohybridlunge mit einem Organ nicht viel Ähnlichkeit. Mit seiner viereckigen Form und dem weißen Plastikgehäuse erinnert das Gerät mehr an eine Butterbrotdose. Ungewöhnlich sind aber die daumendicken Schläuche an der Seite. Hier soll das sauerstoffarme Blut in die künstliche Lunge hinein und auf der anderen Seite wieder als sauerstoffreiches Blut heraus fließen. Der durchsichtige Plastikdeckel gibt den Blick frei auf winzige Röhrchen, die wie in einem Gitter senkrecht zueinander angeordnet sind. Ihr Durchmesser ist so klein, dass sie von oben betrachtet nur als weiße Pünktchen zu erkennen sind.
"Diese kleinen Reihen, die man jetzt hier sieht, also diese kleinen weißen Pünktchen, das ist eine Gasaustauschmembran. Das muss man sich vorstellen, wie ganz viele Strohhalme nebeneinander und ganz viele Strohhalme bilden eine Gasaustauschmatte und an einem so einem Strohhalm fließt sozusagen in dem Strohhalm selber das Gas lang, also der Sauerstoff und außen fließt das Blut dran vorbei."
Im Prinzip funktionieren die Strohhalme genauso wie die Lungenbläschen, erklärt Bettina Wiegmann von der Medizinischen Hochschule in Hannover. Das Blut fließt an den Gas gefüllten, porösen Strohhalmen vorbei und nimmt den Sauerstoff durch Diffusion auf. Gleichzeitig diffundiert Kohlendioxid in die andere Richtung - aus dem Blut in die Röhrchen. Das Gerät, das die Forscherin gerade in der Hand hält, wird schon jetzt eingesetzt - zum Beispiel bei akutem Lungenversagen oder bei Menschen, die auf eine Spenderlunge warten. Doch je länger das Gerät in Betrieb ist, desto mehr Thrombozyten setzen sich auf der Wand der engen Röhrchen ab. Spätestens nach vier Wochen haben diese Blutplättchen die Strohhalme verstopft.
"Und das heißt man muss das Gerät wechseln und das ist für viele Patienten so, als müssten sie die Luft anhalten für relativ lange und natürlich verbunden mit einer hohen Komplikationsrate wie Infektion, Thrombose, Zerstörung der Erythrozyten und so weiter und so fort."
Damit sich die kleinen Röhrchen nicht zusetzen, wollen die Forscher sie mit Endothelzellen besiedeln. Diese Zellen kleiden die innere Wand von menschlichen Blutgefäßen aus und verhindern, dass sich Thrombozyten oder andere Zellen des Bluts ablagern. Die Forscher wollen diese Endothelzellen aus den körpereigenen Stammzellen des Patienten züchten. Das soll verhindern, dass der Körper sie als fremd erkennt und abstößt. Bettina Wiegmann:
"Wir konnten zeigen, dass viel weniger Thrombozyten arterieren, anhaften an der Oberfläche, wenn Endothelzellen drauf sind. Dass viel weniger weiße Blutkörperchen anhaften, konnten wir auch zeigen. Das heißt also im großen und ganzen, dass die Blutverträglichkeit dieser endothelisierten Strohhalme viel besser ist."
Bisher gelingt es den Forschern jedoch nicht, genügend Endothelzellen aus den Stammzellen eines Patienten zu züchten, um damit ein komplettes Organ zu besiedeln. Außerdem bleiben diese Gefäßzellen noch nicht gut genug an der Wand der Röhrchen haften.
"Eine Herausforderung ist, dass dieses Gerät oder die Endothelzellen einen Blutstrom von Litern pro Minute standhalten müssen. Das heißt, wir müssen wahrscheinlich die Oberfläche der Strohhalme noch ein bisschen modifizieren, dass die Endothelzellen besser dran haften. Ob das jetzt Peptide sind oder Antikörper oder was anderes ist, das ist auch etwas was wir gerade in Kooperation mit verschiedenen anderen Partnern entwickeln und überprüfen."
Auf lange Sicht wollen die Forscher aber nicht nur die Laufzeit der Biohybridlunge verlängern. Irgendwann soll sie auch in den Körper von Patienten verpflanzt werden und dort möglichst für immer bleiben. Bevor es soweit ist, müssen Bettina Wiegmann und ihre Kollegen aber noch etwas für das Äußere tun: Das Gerät muss kleiner und handlicher werden.
"Also so quadratisch, praktisch, gut, wie es jetzt hier aussieht, soll es halt nicht [sein]. Das sieht dann wahrscheinlich nicht so eckig aus und ist abgerundet und die Schläuche nicht ganz so dick - aber das ist auch in Arbeit."
Hinweis: Am Sonntag, 16.09, 16:30 Uhr, sendet der Deutschlandfunk in der Sendung "Wissenschaft im Brennpunkt" das Feature Organe aus dem Baukasten zum Thema künstliche Organe.
"Diese kleinen Reihen, die man jetzt hier sieht, also diese kleinen weißen Pünktchen, das ist eine Gasaustauschmembran. Das muss man sich vorstellen, wie ganz viele Strohhalme nebeneinander und ganz viele Strohhalme bilden eine Gasaustauschmatte und an einem so einem Strohhalm fließt sozusagen in dem Strohhalm selber das Gas lang, also der Sauerstoff und außen fließt das Blut dran vorbei."
Im Prinzip funktionieren die Strohhalme genauso wie die Lungenbläschen, erklärt Bettina Wiegmann von der Medizinischen Hochschule in Hannover. Das Blut fließt an den Gas gefüllten, porösen Strohhalmen vorbei und nimmt den Sauerstoff durch Diffusion auf. Gleichzeitig diffundiert Kohlendioxid in die andere Richtung - aus dem Blut in die Röhrchen. Das Gerät, das die Forscherin gerade in der Hand hält, wird schon jetzt eingesetzt - zum Beispiel bei akutem Lungenversagen oder bei Menschen, die auf eine Spenderlunge warten. Doch je länger das Gerät in Betrieb ist, desto mehr Thrombozyten setzen sich auf der Wand der engen Röhrchen ab. Spätestens nach vier Wochen haben diese Blutplättchen die Strohhalme verstopft.
"Und das heißt man muss das Gerät wechseln und das ist für viele Patienten so, als müssten sie die Luft anhalten für relativ lange und natürlich verbunden mit einer hohen Komplikationsrate wie Infektion, Thrombose, Zerstörung der Erythrozyten und so weiter und so fort."
Damit sich die kleinen Röhrchen nicht zusetzen, wollen die Forscher sie mit Endothelzellen besiedeln. Diese Zellen kleiden die innere Wand von menschlichen Blutgefäßen aus und verhindern, dass sich Thrombozyten oder andere Zellen des Bluts ablagern. Die Forscher wollen diese Endothelzellen aus den körpereigenen Stammzellen des Patienten züchten. Das soll verhindern, dass der Körper sie als fremd erkennt und abstößt. Bettina Wiegmann:
"Wir konnten zeigen, dass viel weniger Thrombozyten arterieren, anhaften an der Oberfläche, wenn Endothelzellen drauf sind. Dass viel weniger weiße Blutkörperchen anhaften, konnten wir auch zeigen. Das heißt also im großen und ganzen, dass die Blutverträglichkeit dieser endothelisierten Strohhalme viel besser ist."
Bisher gelingt es den Forschern jedoch nicht, genügend Endothelzellen aus den Stammzellen eines Patienten zu züchten, um damit ein komplettes Organ zu besiedeln. Außerdem bleiben diese Gefäßzellen noch nicht gut genug an der Wand der Röhrchen haften.
"Eine Herausforderung ist, dass dieses Gerät oder die Endothelzellen einen Blutstrom von Litern pro Minute standhalten müssen. Das heißt, wir müssen wahrscheinlich die Oberfläche der Strohhalme noch ein bisschen modifizieren, dass die Endothelzellen besser dran haften. Ob das jetzt Peptide sind oder Antikörper oder was anderes ist, das ist auch etwas was wir gerade in Kooperation mit verschiedenen anderen Partnern entwickeln und überprüfen."
Auf lange Sicht wollen die Forscher aber nicht nur die Laufzeit der Biohybridlunge verlängern. Irgendwann soll sie auch in den Körper von Patienten verpflanzt werden und dort möglichst für immer bleiben. Bevor es soweit ist, müssen Bettina Wiegmann und ihre Kollegen aber noch etwas für das Äußere tun: Das Gerät muss kleiner und handlicher werden.
"Also so quadratisch, praktisch, gut, wie es jetzt hier aussieht, soll es halt nicht [sein]. Das sieht dann wahrscheinlich nicht so eckig aus und ist abgerundet und die Schläuche nicht ganz so dick - aber das ist auch in Arbeit."
Hinweis: Am Sonntag, 16.09, 16:30 Uhr, sendet der Deutschlandfunk in der Sendung "Wissenschaft im Brennpunkt" das Feature Organe aus dem Baukasten zum Thema künstliche Organe.