Xenotransplantation

Die Zukunft der Organ-Transplantation zwischen Mensch und Tier.

Die Definition der Xenotransplantation (xeno, griech. : „fremd“)

Bei einer Xenotransplantation werden lebens- und funktionsfähige Zellen oder Zellbestandteile, aber auch ganze Organe respektive Körperteile von einer Art auf eine andere übertragen. Der Begriff kommt aus dem Altgriechischen und bedeutet „fremd“. Diese Art der Organ- oder Gewebeverpflanzung ist von jener der Allotransplantation zu unterscheiden. Bei dieser Transplantationsform werden Gewebe oder Organe von unterschiedlichen Individuen der gleichen Art eingesetzt.

Weiter unterscheidet sich die Xenotransplantation von der diskordanten Transplantation. Beim ersten Verfahren werden Gewebe und Organe zwischen verschiedenen Spezies transplantiert. Bei der zweiten Methode werden Gewebe sowie Organe verpflanzt, die evolutionär betrachtet, nicht nahe mit den Menschen verwandt sind.

Aufgrund der limitierten Anzahl an Spenderorganen für die allogene Transplantation bietet die Xenotransplantation eine mögliche alternative Methode an. Bereits heute werden Schweineherzklappen ersatzweise für mechanische Klappen in Betracht gezogen. Allerdings müssen diese Herzklappen dahingehend behandelt werden, dass sie an der Oberfläche keine als Fremdkörper erkennbaren Antigene besitzen. Zurzeit ist es jedoch medizinisch nicht möglich, vollständige Organ-Xenotransplantationen durchzuführen.

Die Thematik löst ethische Debatten aus. Insbesondere besteht bei der Anwendung dieser Methode die Befürchtung, dass Schimären erzeugt werden könnten, weil die Spezies nach einer Transplantation lebende Zellen von unterschiedlichen Arten aufweist.

Bereits seit 1972 wird die Xenotransplantation von menschlichem Gewebe auf Versuchstiere in der präklinischen Forschung praktiziert. Beispielsweise werden bei diesen Studien Nacktmäusen Tumorzellen eingesetzt.

Chancen & Risiken der Xenotransplantation

Welche Chancen verspricht sich die Medizin von dieser Forschung?

Die Erforschung von alternativen Möglichkeiten stellt einen wichtigen Beitrag zur Bekämpfung des Spendermangels dar. Diese Art der Transplantation ist eine Möglichkeit, den Patienten zu helfen, die auf fremde Organe angewiesen sind. Das Verfahren sieht vor, dass Gewebe respektive Organe von evolutionär entfernen Arten wie etwa von Schweinen zuerst Rhesusaffen, Pavianen und später Menschen transplantiert werden.

Denn laut aktuellem Forschungsstand eignen sich Organe von Schweinen für diese Art der Transplantation besser als solche von Primaten, obgleich diese Tiere evolutionär betrachtet viel näher mit den Menschen verwandt sind. Denn Organe von Schweinen erfüllen die notwendigen physiologischen Eigenschaften besser, weil sich diese eher an die Bedürfnisse des menschlichen Körpers anpassen. Primatenherzen sind zu klein, um funktionstüchtig im menschlichen Körper zu sein.

Deswegen werden diese Organe in der Forschung verwendet, um neue Methoden der Organtransplantation zu finden. Zahlreichen schwer kranken Patienten mit irreversiblen Organschäden ermöglicht diese Art der Transplantation zu überleben oder die Lebensqualität deutlich zu verbessern.

Die Anzahl an verfügbaren Spenderorganen ist in Deutschland und global begrenzt. Nach Informationen der Deutschen Stiftung Organtransplantation (DSO) sind aktuell mehr als 10.000 Patienten in Deutschland auf Organspenden angewiesen. Die Patienten warten aktuell vier bis acht Jahre lang auf eine Spenderniere. Rund 17 Prozent von ihnen sterben während dieser Wartezeit.

Aufgrund dieser Organknappheit müssen zahlreiche Patienten auf eine Herztransplantation verzichten, obwohl damit die Mediziner vielen Menschen adäquat helfen könnten.

Ebenso könnten schwer an Diabetes erkrankte Patienten von einer Transplantation von Insulin produzierenden Bauspeicheldrüsen profitieren. Denn auch für diese Patienten sind nicht genügende Spenderorgane vorhanden.

Bei Herzklappenersatzoperationen bei Kindern und Jugendlichen werden mechanische Prothesen verwendet. Allerdings müssen die Ärzte diesen Patienten gerinnungshemmende Medikamente verabreichen. Zudem müssen diese biologischen Klappen ersetzt werden, um funktionsfähig zu bleiben, weil sich diese rasch zersetzen.

Im Gegensatz dazu müssen Patienten mit genetisch veränderten Herzklappen von Schweinen keine blutverdünnenden Medikamente hinzugefügt werden. Diese Klappen sind außerdem länger haltbar.

Analysis

Testing

Welche Risiken müssen beachtet werden?

Der besorgniserregendste Aspekt bei dieser Methode ist die Gefahr, dass tierische Krankheitserreger auf den Wirt und danach auf den Menschen übertragen werden.
Deswegen stellen Xenotransplantationen von Schweinen ein Sicherheitsrisiko dar.

Die Spendertiere müssen vorab gründlich untersucht werden. Allerdings ist die Gefahr einer Keimübertragung bei menschlichen Organtransplantationen viel höher. Diese Verpflanzungen geschehen meistens unter großem Zeitdruck. Daher können notwendige Voruntersuchungen nicht so sorgfältig wie gewünscht getätigt werden.

Aktuelle Forschungstätigkeiten

Seit 2012 forschen viele Spezialisten im DFG-Verbundprojekt SFB Transregio 127 zu xenogener Zell-, Gewebe- sowie Organtransplantation. Mit dieser Forschung verfolgen die Wissenschaftler das Ziel, die Sicherheit und Wirksamkeit solcher Interventionen in vorklinischen Studien an nicht-humanen Primaten aufzuzeigen. Gewebe- und Organersatzverfahren sollen sich also klinisch anwenden lassen.

So werden etwa Organe von Schweinen in Rhesusaffen respektive in Paviane transplantiert. Diese Forschung bietet einen wichtigen Beitrag, um dem schwerwiegenden Mangel an Spenderherzen entgegenzuwirken, denn in Europa und generell in Deutschland erleiden viele Menschen einen „Herztod“.

An diesem Projekt sind Grundlagenforscher aus den Fachrichtungen Immunologie, Virologie, Veterinärmedizin, aber ebenso Ethiker und Rechtswissenschaftlicher beteiligt. Diese Spezialisten arbeiten interdisziplinär zusammen.

Aktuelle Forschungsarbeiten befassen sich mit der Herztransplantation und mit der Transplantation von Zellen der Bauchspeicheldrüse. Diese Zellen, die auch „Inseln“ genannt werden, stellen Insulin her. Diese Produktion könnte für Patienten nützlich sein, bei denen die bisher verabreichte Medikation nicht zielführend gewesen ist.

Ein weiteres Forschungsgebiet betrifft den Herzklappenersatz. Hierbei stehen die gentechnisch veränderten Gewebe von Schweinen im Zentrum dieser Arbeiten. Ziel dieser Forschungsarbeiten ist es, dass die modifizierten Gewebe ihre Funktion länger behalten können.

Außerdem könnte bei Transplantationen von veränderten Geweben die postoperative Gabe von blutverdünnenden Medikamenten nicht mehr notwendig sein. Besonders Jugendliche und junge Erwachsene könnten von solchen Transplantationen profitieren.

“New questions. New possibilities.  The advantage of science with care and responsibility.”

Abstoßreaktionen bei der Xenotransplantation

Abstoßungsreaktionen bei Transplantationen können vermieden werden, wenn dank des Einsatzes von geeigneten Methoden, definierte Gene von Schweinen ausgeschaltet werden. Diese Methoden, die das Immunsystem unterdrücken, sind den allogenen Verfahren überlegen.

Zurzeit suchen die Spezialisten nach Möglichkeiten, die immunologischen Bedingungen sowie die Methoden der Transplantationsverfahren zu optimieren.

Primaten als Tiermodelle in der Transplantationsforschung

In der Medizin werden Primaten als Tiermodelle selten eingesetzt. Für diese Forschung leisten sie aber wertvolle Dienste, weil sie mit den Menschen nahe verwandt sind. Die Forschungsergebnisse sind für die Humanmedizin äußerst nützlich. Ethische Überlegungen lassen es nicht zu, an Menschen die gleichen Erkenntnisse zu gewinnen.

Das Deutsche Primatenzentrum (DPZ) übernimmt eine zentrale Aufgabe hinsichtlich der Betreuung sowie hinsichtlich der ärztlichen Versorgung der Tiere. Die Mitarbeitenden bereiten die Empfängertiere auf die anspruchsvollen Organverpflanzungen vor. Zudem ermöglicht das Zentrum auch die Durchführung von technisch einfacheren Eingriffen.

Beispielsweise werden dort Operationen an Insulin produzierenden Bauchspeicheldrüsenzellen durchgeführt. Die Primaten werden nicht nur vorgängig trainiert, sondern erhalten im Deutschen Primatenzentrum (DPZ) auch eine Nachversorgung. Die eigentliche Herztransplantation führen die hierfür zuständigen Chirurgen in München durch.

Xenotransplantationen und Ethik

Wie geht die Wissenschaft mit ethischen sowie rechtlichen Fragen um, welche die Transplantationen artfremder Gewebe und Organe hervorrufen?

Um den ethischen wie auch rechtlichen Fragen adäquat zu begegnen, arbeiten ein katholischer Ethiker, ein klinischer Ethiker sowie ein in Transplantationsfragen kompetenter Anwalt interdisziplinär zusammen.

Ansichten der Vertreter anderer Glaubensrichtungen wie etwa Meinungen der Vertreter der jüdischen sowie islamischen Glaubensgemeinschaften werden ebenfalls berücksichtigt. Der Aufgabenbereich dieses Gremiums umfasst unter anderem die Ausarbeitung von ausführlichen Merkblättern für geplante klinische Anwendungen. Zudem erhalten interessierte Bürger die Gelegenheit, an öffentlichen Symposien teilzunehmen und sich dort über ethische und rechtliche Aspekte auszutauschen.

Der Einsatz von Tieren in der Forschung muss hohen ethischen Ansprüchen genügen. In diesem Zusammenhang und im Bewusstsein seiner herausragenden Stellung als Kompetenz- und Referenzzentrum hat das Deutsche Primatenzentrum (DPZ) Leitlinien für einen verantwortungsvollen Umgang mit Tieren veröffentlicht, an diese sich alle Mitarbeitenden halten müssen.

Forschungen und Erfolge der Xenotransplantation

Seit 2012 forschen viele Spezialisten im DFG-Verbundprojekt SFB Transregio 127 zu xenogener Zell-, Gewebe- sowie Organtransplantation. Mit dieser Forschung verfolgen die Wissenschaftler das Ziel, die Sicherheit und Wirksamkeit solcher Interventionen in vorklinischen Studien an nicht-humanen Primaten aufzuzeigen. Gewebe- und Organersatzverfahren sollen sich also klinisch anwenden lassen.

So werden etwa Organe von Schweinen in Rhesusaffen respektive in Paviane transplantiert. Diese Forschung bietet einen wichtigen Beitrag, um dem schwerwiegenden Mangel an Spenderherzen entgegenzuwirken, denn in Europa und generell in Deutschland erleiden viele Menschen einen „Herztod“.

An diesem Projekt sind Grundlagenforscher aus den Fachrichtungen Immunologie, Virologie, Veterinärmedizin, aber ebenso Ethiker und Rechtswissenschaftlicher beteiligt. Diese Spezialisten arbeiten interdisziplinär zusammen.

Aktuelle Forschungsarbeiten befassen sich mit der Herztransplantation und mit der Transplantation von Zellen der Bauchspeicheldrüse. Diese Zellen, die auch „Inseln“ genannt werden, stellen Insulin her. Diese Produktion könnte für Patienten nützlich sein, bei denen die bisher verabreichte Medikation nicht zielführend gewesen ist.

Ein weiteres Forschungsgebiet betrifft den Herzklappenersatz. Hierbei stehen die gentechnisch veränderten Gewebe von Schweinen im Zentrum dieser Arbeiten. Ziel dieser Forschungsarbeiten ist es, dass die modifizierten Gewebe ihre Funktion länger behalten können.

Außerdem könnte bei Transplantationen von veränderten Geweben die postoperative Gabe von blutverdünnenden Medikamenten nicht mehr notwendig sein. Besonders Jugendliche und junge Erwachsene könnten von solchen Transplantationen profitieren.

Einem Team von Wissenschaftlern von der Ludwigs-Maximilians-Universität in München ist es kürzlich gelungen, erstmals genmodifizierte Schweineherze längerfristig in Paviane einzusetzen. Die Tiere lebten mit diesen fremden Organen ein halbes Jahr lang. Dieser Erfolg stellt eine wichtige Etappe dar, Alternativen zu den bisherigen Verfahren zu entwickeln und damit häufiger Organverpflanzungen zu ermöglichen.

Ein Dresdner Forschungsteam kann bisher die größten Erfolge im Bereich dieser Transplantationen vorweisen. Die Spezialisten haben mit nicht genetisch veränderten, verkapselten Bauspeicheldrüsenzellen geforscht und die Sicherheitsstudien an Affen beendet. Derzeit führen diese Forscher Wirksamkeitsstudien durch. Möglicherweise können sie eine klinische Studie innerhalb der nächsten vier Jahre zum Abschluss bringen.

Zurzeit starten präklinische Studien an genetisch veränderten Bauchspeicheldrüsenzellen. Auch Studien mit genetisch veränderten Schweineherzklappen sind in Angriff genommen worden.

Die gentechnisch veränderten Schweineherzen bieten eine wertvolle Alternative zu den Primatenherzen, die über kein menschliches Gewebe verfügen. Zurzeit wird daran gearbeitet, die Funktionsfähigkeit dieser genetisch modifizierten Schweineherzen zu erhöhen.