Versagt die Lunge, kann Betroffenen nur noch ein Spenderorgan helfen. Doch die Wartelisten für Transplantationen sind lang – und selbst wenn rechtzeitig eine neue Lunge zur Verfügung steht, treten danach häufig Komplikationen auf. So kommt es bei rund 30 Prozent der Patienten im Laufe des ersten Jahres nach der Operation zu behandlungsbedürftigen Abstoßungsreaktionen. Zudem besteht die Gefahr eines tödlichen Transplantatversagens. All diese Probleme könnten mit dem sogenannten Tissue-Engineering beseitigt werden: der Gewebezucht im Labor. Dabei werden neue Organe aus körpereigenen Zellen des Patienten gezüchtet. Tatsächlich haben es Wissenschaftler bereits geschafft, künstliche Lungen mithilfe dieses Verfahrens herzustellen.
Doch bislang gibt es noch ein entscheidendes Problem: In Tierversuchen versagen diese Organe oft nach kurzer Zeit. Denn sie sind nicht dazu in der Lage, die komplexe Gewebe- und Gefäßarchitektur zu entwickeln, die für natürliche Lungen so typisch ist: mikroskopisch kleine Bronchiolen, Lungenbläschen und vor allem ein Netz aus feinsten Blutgefäßen. Nur mit diesen Strukturen können Blutfluss und Gasaustausch gut funktionieren und das Überleben der Lunge sicherstellen. Ein wichtiger Schritt hin zu diesem Ziel ist nun Forschern um Joan Nichols von der University of Texas in Galveston gelungen: Sie züchteten eine Lunge in der Petrischale, die nach der Transplantation selbständig kleine Blutgefäße ausbilden kann.
Selbständige Reifung
Für ihre Studie ließen die Wissenschaftler das Organ auf einem tierischen Gerüst wachsen, das sie aus der Lunge eines Schweins aufbauten. Dabei entfernten sie alle Zellen und sämtliches Blut aus dem Organ, sodass nur noch die Gerüstproteine übrigblieben. Auf dieses “Lungenskelett” trugen sie anschließend Lungenzellen auf. Diese stammten jeweils von Schweinen, die später die künstliche Lunge erhalten sollten. In einem nächsten Schritt wurde das Konstrukt in einen Bioreaktor gelegt. Dort entwickelte sich das Organ in einer speziellen Lösung aus Nähr- und Signalstoffen 30 Tage lang weiter. Wachstumsfaktoren sorgten dabei dafür, dass sich in dieser Phase auch erste Blutgefäße ausbildeten.
Dann folgte die entscheidende Operation: Vier Schweine erhielten dabei einen speziell auf sie abgestimmten Lungenflügel. Wie würden sich die Organe im Körper verhalten? Es zeigte sich: Schon zwei Wochen nach der Transplantation hatten alle Lungenflügel ein dichtes Netz aus feinen Blutgefäßen entwickelt. Zudem bildete sich gesundes Alveolen-Gewebe aus. “Die künstlichen Lungen entwickelten sich selbständig weiter, ohne Infusionen mit Wachstumsfaktoren”, berichtet Nichols. “Der Organismus stellte alle Bausteine zur Verfügung, die die neuen Organe für ihre weitere Reifung benötigten.” Daneben stellte sich heraus, dass die vormals sterilen Organe bereits nach kurzer Zeit von einer Vielzahl von Bakterien besiedelt wurden – so wie es bei jeder gesunden Lunge der Fall ist.
