Kommt der Blutfluss bei Säugetieren zum Erliegen – sei es vorübergehend durch einen Herzinfarkt oder dauerhaft nach einem Herzstillstand –, löst der Mangel an Sauerstoff und Nährstoffen eine Kaskade von Ereignissen aus, die zum Zelltod und zu Organschäden führen. Wird die Durchblutung wiederhergestellt, verursacht der eigentlich lebensnotwendige Sauerstoff in den geschädigten Zellen weitere Probleme, sogenannte Reperfusionsschäden. Bei Organspenden wird das Problem bislang dadurch eingedämmt, dass die entnommenen Organe rasch heruntergekühlt werden, sodass die schädlichen Prozesse langsamer ablaufen. Bisher galten die Vorgänge nach dem Tod jedoch überwiegend als unumkehrbar.
Den Zelltod stoppen
Neue Forschungsergebnisse eines Teams um David Andrijevic von der Yale University in Connecticut stellen nun die bisherigen Annahmen in Frage: Die Forscher haben ein System namens OrganEx entwickelt, mit dem sie in der Lage waren, bei Schweinen eine Stunde nach deren Herzstillstand wichtige Zell- und Organfunktionen wiederherzustellen. „Nicht alle Zellen sterben sofort, sondern es gibt eine längere Abfolge von Ereignissen“, erklärt Andrijevic. „Es ist ein Prozess, in den man eingreifen, ihn stoppen und einige Zellfunktionen wiederherstellen kann.“
OrganEx ähnelt einer Herz-Lungenmaschine, auch als Extrakorporale Membranoxygenierung, kurz ECMO bekannt. Während diese jedoch das eigene Blut des Patienten durch dessen Körper pumpt und außerhalb des Körpers mit Sauerstoff anreichert, setzt OrganEx auf eine künstliche Flüssigkeit, ein sogenanntes kryoprotektives Perfusat. Diese Flüssigkeit transportiert Sauerstoff mit Hilfe eines Moleküls namens Hemopure, einer synthetischen Variante des roten Blutfarbstoffs Hämoglobin. Zusätzlich ist sie mit verschiedenen Medikamenten angereichert, die unter anderem Reperfusionsschäden, Entzündungen und Blutgerinnsel vermeiden sollen.
Schweine als Testorganismen
OrganEx ist die Weiterentwicklung eines Systems namens BrainEx, mit dem das Forschungsteam bereits 2019 in den Gehirnen enthaupteter Schweine bestimmte Zellfunktionen wiederhergestellt hat. „Wenn wir in der Lage waren, bestimmte Zellfunktionen im toten Gehirn wiederherzustellen, einem Organ, das bekanntermaßen am anfälligsten für unzureichende Blutversorgung ist, stellten wir die Hypothese auf, dass etwas Ähnliches auch in anderen lebenswichtigen transplantierbaren Organen erreicht werden könnte“, sagt Andrijevics Kollege Nenad Sestan.
Für den Praxistest von OrganEx betäubten die Forscher Hausschweine im Alter von zehn bis zwölf Wochen und führten bei ihnen einen Herzstillstand herbei. Anschließend ließen sie die toten Tiere eine Stunde bei Raumtemperatur liegen, bevor sie das OrganEx-System anschlossen. Zum Vergleich verwendeten sie bei einigen Tieren stattdessen eine konventionelle Herz-Lungenmaschine. Sechs Stunden lang wurden die Tiere auf diese Weise behandelt. Die Forscher untersuchten daraufhin die Durchlässigkeit der Blutgefäße, die Funktionsfähigkeit der Organe und analysierten zudem auf Zellebene, welche Gene aktiviert wurden – ein Hinweis auf die in der Zelle ablaufenden molekularen Prozesse.
