Wenn es um Organtransplantationen geht, rennen Ärzte gegen die Uhr - und die Zeit ist nicht auf ihrer Seite.
Ein Team von Klinikern muss zuerst das Organ von seinem Spender entfernen, wobei behandschuhte Hände aufeinander abgestimmt sind, um das Gewebe geschickt vom Körper abzuspalten. Die Ärzte bereiten dann das entnommene Organ für den Transport zum Empfänger vor, der möglicherweise Stunden mit dem Flugzeug entfernt ist. Sobald das Organ sein Ziel erreicht hat, kann die Transplantation endlich beginnen; Auch hier müssen Chirurgen schnell arbeiten, um sowohl die Sicherheit des Patienten als auch die Lebensfähigkeit des Organs zu gewährleisten.
Diese Beschreibung kann Organtransplantationen wie ein TV-Drama klingen lassen, bei dem medizinisches Personal mit Kühlern voller Körperteile durch die Korridore des Krankenhauses sprintet. Aber all das Rauschen wirft eine Frage auf, die viel wichtiger ist als eine Fernsehsendung: Wie lange kann ein Organ außerhalb des Körpers halten und für eine Transplantation fit bleiben?
Es kommt auf die Orgel an. Derzeit kann das Zeitfenster zwischen 4 und 36 Stunden liegen. Aber eines Tages hoffen die Ärzte, die Organe wochenlang erhalten zu können.
Organe auf Eis
Laut dem United Network for Organ Sharing (UNOS) fanden 2018 allein in den USA mehr als 36.500 Organtransplantationen statt. Die Nieren waren bei weitem das am häufigsten transplantierte Organ. Im vergangenen Jahr fanden mehr als 21.000 Transplantationen statt. Die nächsthäufigsten transplantierten Organe waren Leber, Herz und Lunge in dieser Reihenfolge, gefolgt von Pankreas-, Darm- und Multiorgan-Transplantationen.
Die meisten Organe werden nach der Entnahme in ein "statisches Kühlhaus" gebracht, was bedeutet, dass das Organ laut einem Bericht aus dem Jahr 2019 im Journal of International Medical Research in einem mit Eis gefüllten Kühler abgelagert wird.
"Die ursprüngliche Idee für die Kältekonservierung ist sehr ähnlich, als wir unsere Lebensmittel in den Kühlschrank stellen", sagte Dr. Mingyao Liu, Direktor des Institute of Medical Science und Professor für Chirurgie, Medizin und Physiologie an der Universität von Toronto.
Bevor Ärzte ein Organ in ein Kühlhaus legen, spülen sie das Gewebe zunächst mit einer "Konservierungslösung", um das Organ vor Schäden durch extreme Kälte zu schützen, sagte Liu gegenüber Live Science.
Bei Körpertemperatur pumpen Zellen Chemikalien in und aus ihren Membranen, um niedrige Natriumkonzentrationen und hohe Kaliumkonzentrationen in der Zelle aufrechtzuerhalten. Aber kalte Zellen können nicht effizient pumpen. Chemikalien laufen über ihre Membranen und im Laufe der Zeit quellen die undichten Zellen mit überschüssiger Flüssigkeit auf und erleiden ernsthafte Schäden. Konservierungslösungen helfen, diesen Schaden zu verzögern, indem sie den Natrium- und Kaliumspiegel in Schach halten. Diese Lösungen können auch Nährstoffe und Antioxidantien enthalten, um die Zellen zu erhalten und Entzündungen zu unterdrücken, sagte Liu. In Kombination mit Eis und einem Kühler können Konservierungslösungen die Organe nach der Ernte stundenlang lebensfähig halten.
Bei Temperaturen zwischen 0 und 4 Grad Celsius sinkt der Zellstoffwechsel auf etwa 5% seiner normalen Geschwindigkeit, sodass Gewebe ihre Energiespeicher viel langsamer durchbrennen und weniger Sauerstoff benötigen, um ihre Aktivität aufrechtzuerhalten. Aus diesem Grund verzögert das Abkühlen eines Organs den Beginn der Ischämie, einem Zustand, in dem das Gewebe aufgrund von Sauerstoffmangel beschädigt oder gestört wird.
Wenn ein Organ auf Eis gelegt wird, werden auch die begrenzten Energiespeicher seiner Zellen gestreckt, wodurch verhindert wird, dass schädliche Metaboliten das Gewebe des Organs aufbauen und abbauen. Dies geht aus einem Bericht aus dem Jahr 2018 im Yale Journal of Biology and Medicine hervor.
Unter den häufig transplantierten Organen verlieren Herzen am schnellsten ihre Lebensfähigkeit, wenn sie in einem Kühler aufbewahrt werden, sagte Dr. Brian Lima, Direktor für Herztransplantationschirurgie am North Shore University Hospital in Manhasset, New York. Idealerweise sollte ein Herz nicht länger als 4 bis 6 Stunden in einem statischen Kühlhaus aufbewahrt werden, sagte er. Nach 4 Stunden beginnt die Herzzellenfunktion zu versagen und die Wahrscheinlichkeit einer Fehlfunktion des Organs bei seinem Empfänger steigt dramatisch an. Transplantationsorganversagen, bekannt als primäre Transplantatdysfunktion, ist die "am meisten gefürchtete Komplikation", die mit Organtransplantationen verbunden ist, sagte Lima.
"Das Herz ... reagiert am empfindlichsten auf mangelnde Durchblutung", sagte Lima. "Die Nieren hingegen sind sehr belastbar." Geerntete Nieren können 24 bis 36 Stunden im Kühlraum lebensfähig bleiben, länger als alle anderen Top-4-Transplantationsorgane. Laut Dr. James Markmann, Leiter der Abteilung für Transplantation am Massachusetts General Hospital in Boston, können die Lungen 6 bis 8 Stunden lang lebensfähig bleiben, und die Leber kann etwa 12 Stunden lang im Kühlhaus bleiben.
Eine alternative Methode
Obwohl Low-Tech, bietet die Eiskühlermethode "eine einfache und effektive Möglichkeit, Organe zu erhalten und zu transportieren" und ist laut dem Bericht von Liu aus dem Jahr 2018 seit den 1960er Jahren weit verbreitet. Die Technik ist jedoch nicht ohne Nachteile. Organe in Kühlräumen verlieren nicht nur innerhalb von Stunden ihre Lebensfähigkeit, sondern Ärzte haben auch keine Möglichkeit, die Qualität der gekühlten Organe zu beurteilen, sagte Liu.
Grundsätzlich kann kein objektiver Test den Klinikern sagen, ob ein Organ noch funktionsfähig ist, wenn sich das betreffende Organ in einem kalten Kühler befindet und sein Zellstoffwechsel in Zeitlupe abläuft. Eine Alternative zur Kühllagerung ermöglicht es Ärzten jedoch, die Organe vor der Transplantation zu überprüfen, und diese Option könnte bald häufiger werden, so Experten gegenüber Live Science.
Diese alternative Konservierungsmethode, die als Perfusion bezeichnet wird, umfasst das Anschließen eines entnommenen Organs an eine Maschine, die sauerstoff- und nährstoffreiche Flüssigkeit durch das Gewebe des Organs pumpt, wie es das Herz im Körper tun würde, wie aus dem Bericht des Yale Journal aus dem Jahr 2018 hervorgeht . Während das Organ an die Maschine angeschlossen ist und Energie verbraucht und Abfall produziert, werden seine Zuckerspeicher wieder aufgefüllt und seine giftigen Metaboliten beseitigt.
Bevor Chirurgen ein Organ entnehmen, pumpt das Herz des Spenders für einen bestimmten Zeitraum kein sauerstoffhaltiges Blut mehr in das Gewebe, was zu Schäden führt. Das Platzieren eines Organs in einer Perfusionsmaschine kann dem Gewebe eine Chance geben, sich zu erholen, sagte Markmann. Darüber hinaus können Ärzte das Organ überprüfen, indem sie den Spiegel des im System zirkulierenden Metaboliten Laktat überwachen, sagte er. Zellen verwenden Laktat während normaler Stoffwechselfunktionen. "Wenn das Organ gut funktioniert, sollte das Laktat im Laufe der Zeit entfernt werden", sagte Markmann.
"Laktat ist bestenfalls ein grobes metabolisches Maß für die Perfusion durch den Körper", aber es ist immer noch ein überlegenes Maß im Vergleich zum Augapfel eines fast gefrorenen Organs vor der Transplantation, fügte Lima hinzu. Je nach Organ können Ärzte die Gesundheit des Gewebes auch durch andere Messungen beurteilen, beispielsweise durch die Produktion von Galle durch die Leber.
Könnte Perfusion die Organe länger gesund halten?
Einige Perfusionssysteme erfordern immer noch, dass das Organ im Rahmen des Konservierungsprozesses abgekühlt wird. In den letzten 20 Jahren haben sich jedoch mehrere Forschungsgruppen dafür entschieden, das Organ warm zu halten und das Gewebe mit warmem Blut zu überfluten. Bei Temperaturen zwischen 20 und 33 ° C funktionieren isolierte Organe ähnlich wie im menschlichen Körper. Sowohl kalte als auch warme Perfusionssysteme sind heute in Australien und Großbritannien weit verbreitet, aber die meisten dieser Geräte befinden sich noch in klinischen Studien in den USA.
Ein Perfusionssystem in den USA machte jedoch im Dezember im Rahmen einer einzigartigen Herztransplantation Schlagzeilen. Ärzte am Duke University Medical Center in Durham, North Carolina, entfernten das Herz eines Patienten, nachdem es aufgehört hatte zu schlagen. Sie "belebten" dann im Wesentlichen das Organ unter Verwendung eines warmen Perfusionssystems, berichtete CNN. In der Regel werden Herzen von hirntoten Spendern entfernt, bevor das Organ aufhört zu schlagen, um eine weitgehende Schädigung durch Ischämie zu vermeiden. Ärzte haben in den USA zuvor pädiatrische Herzen "wiederbelebt", aber sie hatten das System nie an einem erwachsenen Organ angewendet. In Ländern, die das System seit Jahren verwenden, hat sich der Spenderpool akzeptabler Herzen um etwa 30% bis 40% erweitert, sagte Lima.
"Wenn sich das in den USA niederschlägt, sprechen wir über große, große Zahlen", fügte er hinzu.
Dr. Jacob Schroder, Assistenzprofessor für Chirurgie an der Duke University und einer der Chirurgen, die bei der Durchführung der wegweisenden Herztransplantation mitgewirkt haben, erklärte gegenüber CNN, dass die landesweite Verwendung des Systems "den Spenderpool und die Anzahl der Transplantationen um 30% erhöhen könnte".
Würde sich der Zustand der Organe verbessern, obwohl sich der Spenderpool erweitern könnte? Bisher haben nur wenige Studien die Lagerung von Kühlern direkt mit der Perfusion verglichen, aber anekdotisch scheinen perfundierte Organe im Allgemeinen besser abzuschneiden.
In einem Versuch, in dem ein Leberperfusionssystem mit einem Standardkühlhaus verglichen wurde, lehnten Ärzte beispielsweise nur 16 perfundierte Lebern ab, verglichen mit 32, die aus Kühlern stammten, und die perfundierten Organe schienen laut Stat News weniger geschädigt zu sein. Liu sagte, dass er ähnliche Trends in seiner eigenen Arbeit mit Lungentransplantationen beobachtet habe. Liu und seine Kollegen entwickelten ein "Ex-vivo-Perfusionssystem" für die Lunge; Vor seiner Einführung wurden weniger als 20% der Spenderlungen im Krankenhaus seiner Universität erfolgreich transplantiert. Jetzt hat das Programm seine Aktivität laut einem Bericht aus dem Jahr 2018 um 70% "mit hervorragenden Ergebnissen" ausgeweitet.
Normalerweise bleiben die Lungen 4 bis 6 Stunden lang mit dem Perfusionssystem verbunden, aber experimentelle Arbeiten mit tierischen Organen legen nahe, dass perfundierte Lungen 12 bis 18 Stunden und möglicherweise sogar bis zu 36 Stunden lebensfähig bleiben könnten, sagte Liu. Er fügte hinzu, dass eines Tages ein Organ wochenlang perfundiert werden könnte. Je länger Organe im System verbleiben können, desto mehr Zeit müssten Ärzte benötigen, um beschädigtes Gewebe zu reparieren. Liu und seine Kollegen untersuchen nun, wie Entzündungen und Zelltod in perfundierten Lungen gehemmt werden können. Aber in Zukunft könnten Organe möglicherweise mit Gen- oder Stammzelltherapien behandelt werden, während sie an eine Perfusionsmaschine angeschlossen sind, sagte er.
Derzeit reisen die meisten gespendeten Organe jedoch noch zu ihren Empfängern, eingebettet in Kühler aus schmelzendem Eis. Warum?
"Ganz ehrlich, die Hürde sind die Kosten", sagte Lima. Ein Perfusionssystem für ein einzelnes Organ kann mehrere tausend Dollar kosten, was offensichtlich den Preis eines Standardkühlers übertrifft, sagte er. Da nur wenige Studien die Perfusion mit der Standardkühllagerung verglichen haben, gibt es keine "erderschütternden Daten", die Krankenhäuser davon überzeugen könnten, den Wechsel landesweit vorzunehmen.
Angesichts des jüngsten Erfolgs der Duke-Herztransplantation sagte Lima jedoch, dass die Perfusion bald zum Standard der Versorgung werden könnte.
