Von der ersten Spende bis zu tierischen Organen: Erfahren Sie mehr über die Entwicklung von Transplantationen

Im vergangenen Jahr gab es in den Vereinigten Staaten mehr als 48.000 Organtransplantationen. Heute sind dies gängige Verfahren, doch noch vor einem halben Jahrhundert galt diese Praxis als experimentell.

Bis vor wenigen Jahren handelte es sich bei Transplantationen fast immer um menschliche Organe . Erste Experimente zur Xenotransplantation – der Transplantation tierischer Organe auf Menschen – eröffnen nun potenzielle Möglichkeiten zur Rettung von Leben.

Sind Tiere die Antwort?

Xenotransplantation, die Praxis der Organtransplantation zwischen Arten, ist ein Konzept, das es bereits seit Hunderten von Jahren gibt.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts setzte der Arzt Mathieu Jaboulay diese Idee in die Tat um und versuchte als einer der ersten gut dokumentierten Versuche, ein tierisches Organ im Menschen funktionsfähig zu machen. Im Jahr 1906 verband Jaboulay im französischen Lyon einer 48-jährigen Frau eine Schweinsniere mit dem Ellenbogen. Er wählte diese Stelle, weil sie leicht zugänglich war.

Studien zeigen, dass das Blut durch die Niere zirkulierte und das Organ Urin produzierte, wozu selbst einige menschliche Spenden in dieser Zeit nicht in der Lage waren. Die Niere des Schweins versagte schnell und der Patient starb bald darauf an einer Infektion.

„Der fehlende Zugang zu menschlichen Organen war schon immer eine Art heiliger Gral: etwas in Reserve zu haben, das nicht erfordert, dass ein Mensch stirbt, damit ein anderer leben kann“, sagte Jeffrey Stern, ein hochrangiges Mitglied des Xenotransplantationsteams am Langone Transplant Institute der NYU. „Tiere wie dieser Brunnen sind offensichtlich eine ideale Version davon.“

Die erste erfolgreiche Transplantation beim Menschen

Im Jahr 1954 führte der Arzt Joseph E. Murray im heutigen Brigham and Women's Hospital in Boston die weltweit erste erfolgreiche Organtransplantation beim Menschen durch.

Murray entnahm dem 22-jährigen Ronald Herrick eine Niere und transplantierte sie seinem Zwillingsbruder Richard Herrick. Da sie identisch waren, erkannte Richards Immunsystem das neue Organ als sein eigenes, was eine Abstoßung des fremden Organs verhinderte. Richard Herrick lebte noch acht Jahre und bei seinem Bruder, der Spender war, traten keine schädlichen Nebenwirkungen auf.

„Ich denke, das hat das Fachgebiet wirklich vorangebracht“, sagte Dr. Stefan Tullius, Leiter der Abteilung für Transplantationschirurgie am Brigham and Women’s Hospital. „Das hat gezeigt, dass eine Organtransplantation tatsächlich funktionieren kann, wenn Spender und Empfänger die richtige Übereinstimmung und das richtige Verhältnis haben“, fügte Tullius hinzu.

Da es noch keine immunsuppressiven Medikamente gab, schienen Transplantationsversuche nur bei Zwillingen zu funktionieren, deren Immunsystem das fremde Organ als ihr eigenes erkannte. „Sie hatten die nächsten 30 Jahre lang all diese Probleme mit Ihrem Immunsystem“, sagte Stern, der auch Assistenzprofessor in der Abteilung für Chirurgie an der NYU Grossman School of Medicine ist. „Nicht jeder hat einen eineiigen Zwilling.“

Weitere Spender

In den 1960er Jahren zeigte Murray in mehreren Experimenten mit Hunden, dass eine Organtransplantation erfolgreicher war, wenn dem Empfänger nach dem Eingriff Medikamente zur Unterdrückung des Immunsystems verabreicht wurden, um die Wahrscheinlichkeit einer Abstoßung zu verringern.

Im April 1962 transplantierte Murphy auf der Grundlage seiner Erkenntnisse aus diesen Experimenten erstmals weltweit die Niere eines verstorbenen Spenders in einen nicht verwandten Menschen, der mit dem Immunsuppressivum Azathioprin behandelt wurde.

Der Patient überlebte mehr als ein Jahr und die Überlebenszeit verlängerte sich noch weiter, als die Ärzte entdeckten, dass ein Immunsuppressivum besser wirkte, wenn es zusammen mit dem Steroid Prednison verabreicht wurde.

Im Juni 1963 führte einer von Murrays Forschern, der belgische Chirurg Guy Alexandre, die erste Transplantation von einem hirntoten Spender durch, was damals ein umstrittenes Verfahren war. Alexandre suchte nach einer Niere für eine Patientin mit Nierenversagen, als eine Frau, die einen Autounfall hatte, in sein Saint-Pierre-Krankenhaus in Brüssel eingeliefert wurde. Ihr Herz schlug, aber sie zeigte keine Gehirnaktivität.

Da Alexandre wusste, dass die Organe ihre Lebensfähigkeit verlieren, wenn das Herz eines Patienten aufhört zu schlagen, holte er von seinem Abteilungsleiter die Erlaubnis ein, die Niere der Frau seinem Patienten mit Nierenversagen zu transplantieren. Der Empfänger lebte weitere 87 Tage.

In den folgenden Jahren führte Alexander heimlich weitere Nierentransplantationen mit hirntoten Spendern durch, um zu sehen, ob ein solcher Ansatz die Überlebenszeiten im Vergleich zu Transplantationen von Spendern, deren Herz aufgehört hatte zu schlagen, verlängern würde. Als er die Experimente einige Jahre später auf einer medizinischen Konferenz vorstellte, stieß er auf gemischte Reaktionen.

Erst im Jahr 1968 veröffentlichte ein Komitee der Harvard Medical School seine Empfehlung, den irreversiblen Verlust der Gehirnfunktion – früher „irreversibles Koma“ genannt – als neues Todeskriterium festzulegen. Danach wurden Transplantationen mit hirntoten Spendern häufiger, wodurch sich der Pool verfügbarer Organe enorm vergrößerte. „Die Entwicklung der Definition des Hirntods als Alternative zum Herztod – also dem Kreislaufstillstand – war eine gewaltige Sache, da sie die Organentnahme ermöglichte“, sagte Tullius.

Versuch und Irrtum

Transplantationsärzte begannen mit Nieren zu experimentieren, weil der Mensch zwei Nieren hat und mit nur einer überleben kann. Falls die Transplantation fehlschlug, hatten die Patienten außerdem die Möglichkeit einer Dialyse. Doch je mehr die Ärzte lernten, desto zuversichtlicher wurden sie, dass sie auch andere Organe transplantieren könnten.

In den späten 1960er Jahren begannen sie mit Experimenten an Lebern und Bauchspeicheldrüsen, und 1967 führte der südafrikanische Chirurg Christiaan Barnard vom Groote Schuur Hospital in Kapstadt die erste Herztransplantation durch. Er transplantierte das Herz eines 25-Jährigen in einen 53-jährigen Lebensmittelhändler, der an einer chronischen Herzkrankheit im Sterben lag.

Der Lebensmittelhändler starb 18 Tage später an einer Lungeninfektion, aber sein Herz schlug bis zu seinem Tod weiter. Barnards zweiter Herztransplantationspatient lebte fast 19 Monate. Sein fünfter und sechster Patient lebten fast 13 bzw. 24 Jahre.

In den 1990er Jahren eröffneten Immunsuppressiva wie Cyclosporin und Tacrolimus neue Möglichkeiten für Mehrfachgewebetransplantationen. Im Jahr 1998 führte Jean-Michel Dubernard im französischen Lyon die erste chirurgische Handtransplantation durch. Im Jahr 2005 führten er und Bernard Devauchelle die erste teilweise Gesichtstransplantation an Isabelle Dinoire durch, einer Frau, die bei einem Hundeangriff einen Teil ihres Gesichts verloren hatte. Im Jahr 2010 führte ein spanisches Team unter der Leitung von Dr. Juan Barret die erste vollständige Gesichtstransplantation durch.

„In den ersten 30 Jahren der Transplantation war alles eher experimentell, nicht wahr?“ sagte Stern. Es war kein Mainstream-Projekt wie heute, sondern viel Versuch und Irrtum und Überlebenskampf. Das gesamte Gebiet der Transplantation war meiner Meinung nach in dieser Hinsicht sehr unsicher. Erst die Anpassung und Erfindung neuer Technologien ermöglichte es, dass sich die Transplantation durchsetzte.

Baby Fae

1984 versuchte der Arzt Leonard Bailey an der Loma Linda University in Kalifornien, das Leben von Stephanie Fae Beauclair zu retten. Das Kind, das als „Baby Fae“ bekannt wurde, kam mit einer tödlichen Herzkrankheit zur Welt und Bailey, der mit artenübergreifenden Transplantationen bei Tieren experimentiert hatte, erhielt die Erlaubnis, ein Pavianherz zu transplantieren. Stephanie lebte nur noch 21 Tage, doch der Fall schärfte das Bewusstsein für die Notwendigkeit von Organspenden bei Säuglingen und die Möglichkeit von Transplantationen zwischen Arten.

Schließlich kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass Primaten, obwohl sie evolutionär gesehen die nächsten Verwandten des Menschen sind, nicht die besten Organspender seien. „Primaten haben sich als zu klein, zu teuer und zu umstritten erwiesen“, sagte der Medizinethiker Art Caplan, der an der NYU an Transplantationsfällen arbeitet.

Zudem gab es Bedenken hinsichtlich Infektionen. Nichtmenschliche Primaten können Träger einer Reihe von Krankheitserregern sein, die für sie unschädlich sind, bei Menschen jedoch Krankheiten hervorrufen können, darunter das Marburg-Virus und HIV.

Schließlich erkannten die Wissenschaftler, dass Schweine eine bessere Option wären: Sie sind dem Menschen anatomisch ähnlich, vermehren sich schnell und es besteht ein geringeres Risiko für Zoonosen.

Nobelpreisgekrönte Technologie

Die Xenotransplantationsforschung stagnierte bis zur Entwicklung des Genom-Editierungstools CRISPR Anfang der 2000er Jahre.

Diese mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Technologie ermöglichte es Wissenschaftlern, das Genom von Schweinen zu bearbeiten, um es mit dem des Menschen kompatibler zu machen. Dazu gehörte auch die Beseitigung wichtiger Sequenzen in der DNA von Schweinen, die bei Menschen zu einer nahezu automatischen Organabstoßung führen würden. Durch die Kombination mit Klontechniken hatten Wissenschaftler die Möglichkeit, eine konsistente Genetik aufrechtzuerhalten und universelle Schweinespender zu produzieren.

„Das Klonen und die Anwendung von CRISPR mit der Möglichkeit zur Genomeditierung ermöglichen nicht nur Transplantationen, sondern sind auch für andere Bereiche der Medizin relevant“, sagte Tullius. „Ich würde das in die Kategorie revolutionär einordnen.“

Einen Schritt näher

Es wurden Schweineorgane in nichtmenschliche Primaten transplantiert, aber die wahre Bewährungsprobe kam im September 2021, als einem hirntoten Patienten an der NYU Langone eine genetisch veränderte Schweineniere transplantiert wurde.

Die Niere wurde 54 Stunden lang an Blutgefäße im Oberschenkel des Empfängers außerhalb des Bauchraums angeschlossen, während die Ärzte ihre Funktion untersuchten. Das Organ schien genauso gut zu funktionieren wie eine menschliche Nierentransplantation und die Ärzte konnten keine Anzeichen einer Abstoßung feststellen.

„Wir haben daraus mehr gelernt als aus allem anderen, was wir bisher getan haben“, sagte Robert Montgomery, einer der Chirurgen, die den Eingriff durchführten, dem leitenden Medizinkorrespondenten von CNN , Sanjay Gupta. „Es war im Grunde die Grundlage dafür, wie wir die Abstoßung bei unseren lebenden Patienten behandeln konnten.“

„Die Familie hat der Spende des Körpers ihres geliebten Menschen für diesen Eingriff großzügig zugestimmt. Ihre außerordentliche Großzügigkeit hat den Weg für diesen wichtigen Schritt zur Schaffung einer nachhaltigen Versorgung mit lebensrettenden Organen geebnet und hoffentlich das derzeitige Paradigma beendet, dass jemand sterben muss, damit jemand leben kann“, sagte Montgomery damals in einer Pressemitteilung.

Geschichte schreiben

Am 7. Januar 2022 führten Chirurgen der University of Maryland School of Medicine die erste Xenotransplantation an einem lebenden Menschen durch.

Der 57-jährige David Bennett konnte nicht mehr gehen und war zum Überleben auf eine künstliche Lunge und eine Bypass-Maschine angewiesen. Er war zu krank, um für ein menschliches Herz in Frage zu kommen, konnte sich aber im Rahmen des „Compassionate Use“-Programms der FDA dem experimentellen Verfahren unterziehen. Dieses Programm ermöglicht es Patienten ohne andere Alternativen, experimentelle Behandlungen auszuprobieren. Er lebte noch zwei Monate und hatte die Möglichkeit, mehr Zeit mit seiner Familie zu verbringen und den Super Bowl anzuschauen.

„Wie bei jeder weltweit ersten Transplantation hat auch diese zu wertvollen Erkenntnissen geführt, die unserer Hoffnung nach Transplantationschirurgen dabei helfen werden, die Ergebnisse zu verbessern und möglicherweise lebensrettende Vorteile für künftige Patienten zu erzielen“, sagte sein Chirurg Bartley Griffith.

Bennett war der erste einer kleinen Gruppe von Patienten, die aus Mitleid eine Xenotransplantation erhielten. Doch je näher die klinischen Tests kommen, desto besser werden die Forscher verstehen, wie erfolgreich die Organe unter typischeren Umständen sein könnten.

„Die Xenotransplantation verspricht unseren Patienten Hoffnung. Eine Hoffnung für eine Zukunft, die viel zu lange ungewiss war. Sie ist eine Hoffnung, die zur Möglichkeit geworden ist und nun Wirklichkeit wird. Unsere Patienten können wieder von Schulabschlüssen, Hochzeiten … vom Leben träumen. Hoffnung sollte nicht eingeschränkt werden“, sagte Dr. Jayme Locke, Professor für Chirurgie an der NYU Langone.

Maßgefertigte Orgeln

„Mehrere Versuche“ – so beschreibt der Genetiker David Ayares den Ansatz von United Therapeutics zur Zukunft der Organtransplantation. In diesem Sommer wird das Unternehmen die erste von der FDA genehmigte klinische Studie zur Xenotransplantation beginnen.

„Anstelle isolierter, aus Mitgefühl durchgeführter Transplantationen, die sehr wertvoll waren, um zu lernen, wie sich das Überleben dieser Patienten optimieren und verlängern lässt, können wir jetzt zu einer multizentrischen Studie übergehen“, sagte Ayares, Präsident und wissenschaftlicher Leiter von Revivicor, einer Tochtergesellschaft von United Therapeutics, gegenüber Gupta.

Dies wird jedoch immer noch nicht ausreichen, um den Organmangel vollständig zu beheben. Daher denken United Therapeutics und andere in der Transplantationsgemeinschaft weiter in die Zukunft.

„Ich denke, das Nächste, was wir tun werden, ist … maßgeschneiderte Organe zu schaffen, bei denen wir keine Immunsuppression mehr benötigen“, sagte Montgomery über ihre Hoffnungen für die Zukunft. Dies könnte bedeuten, dass Wissenschaftler ein Schweineorgan als Gerüst verwenden, auf das sie menschliche Stammzellen säen oder sogar Organe im 3D-Druckverfahren herstellen könnten. „Dann haben Sie ein personalisiertes Organ für die Person, wenn sie es braucht“, sagte Montgomery.

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