Künstliche Nieren als Ersatzorgan

Das von allen lebenden Zellen gereinigte Gerüst einer Niere. Bild: Center for Regenerative Medicine, Massachusetts General Hospital

US-Wissenschaftlern ist es gelungen, in Ratten halbwegs funktionsfähige Nieren aus dem Labor einzupflanzen

Nieren zum Transplantieren gibt es wie andere Ersatzorgane zu wenige. Um die 8.000 Menschen in Deutschland warten eine Ersatzniere, 2011 wurde 2.055 Nieren nach "postmortaler Organspende" und 795 durch eine Lebendspende verpflanzt. In den USA warten jedes Jahr 100.000 Menschen neu auf eine Ersatzniere, 18.000 erhalten jährlich eine, 400.000 Menschen müssen sich aufgrund einer chronischen Niereninsuffizienz einer Dialysebehandlung unterziehen. In den meisten Ländern sieht es ähnlich aus, weswegen auch der Organhandel und der Transplantationstourismus gerade mit Nieren boomt. Nieren sind die Organe, die am meisten transplantiert werdem.

Daher ist jeder Versuch, einen Ersatz für die Niere zu finden, ohne auf Organspenden angewiesen zu sein, hochinteressant. Und wenn eine biotechnisch hergestellte Niere noch dazu nicht erfordern würde, dass die Empfänger schwer belastende Immunsuppressiva einnehmen müssen, um die Abstoßung des Fremdorgans zu verhindern, wird es noch einmal interessanter.

Wissenschaftler des Massachusetts General Hospital haben nun, wie sie in Nature Medicine schreiben, für Ratten erstmals Nieren aus dem Labor entwickeln und implantieren können, die erfolgreich Urin produzieren können.

Aus neugeborenen Ratten wurden Nierenzellen gewonnen und zusammen mit menschlichen Endothelzellen für die Blutversorgung auf einer extrazellulären Matrix angesiedelt, die aus der von lebenden Zellen durch ein Lösungsmittel gereinigten Nierenstruktur besteht, so dass die komplexe Architektur einer Niere beibehalten wird und das künstlich erzeugte Organ wie eine Spenderniere implantiert und mit den Blutbahnen und dem Harnleiter verbunden werden kann. Ähnlich wurden bereits künstliche Herzen, Lungen und Lebern geschaffen. Die Wissenschaftler konnten auch zeigen, dass die Herstellung der extrazellulären Matrix auch bei Nieren von Schweinen und Menschen gelingt.

Eine mit neuen Zellen wiederbesiedelte Rattenniere in einem Bioreaktor, fertig zur Transplantation. Bild: Center for Regenerative Medicine, Massachusetts General Hospital

Die Epithelzellen mussten, damit sie an den richtigen Stellen anwuchsen durch die Arterie angesiedelt werden, die Nierenzellen durch den Harnleiter. Eine wichtige Rolle spielt dabei der Druck, mit der die Lösung auf das zu besiedelnde Organ verteilt wird. In einem Bioreaktor wurden die Zellen dann 12 Tage lang kultiviert.

Tests zeigten, dass die künstlich, allerdings mit natürlichen Zellen hergestellten wiederbelebten Organe Blut durchließen und Urin absonderten. Transplantiert in lebende Ratten, denen eine ihrer Nieren entfernt worden war, produzierten die Ersatzorgane Urin, sobald der Blutzufluss hergestellt wurde. Allerdings müssen die Forscher einräumen, dass die Leistung der künstlichen Nieren deutlich schlechter funktionieren als natürliche und gesunde Nieren. Nach Ansicht der Wissenschaftler könnte dies an benutzten Zellen aus gerade geborenen Ratten liegen, die noch nicht reif genug sind, um konzentrierten Urin herzustellen, allerdings siedeln sie sich besser als ältere an.

Eine mit neuen Zellen wiederbesiedelte Niere in einem Bioreaktor. Bild: Center for Regenerative Medicine, Massachusetts General Hospital

Im Prinzip sei gezeigt worden, so die Wissenschaftler, dass bei allen Mängeln eine dreidimensionale Form einer Niere geschaffen und mit Zellen so besiedelt werden konnte, dass die künstliche Niere in vitro und in vivo Nierenfunktionen ausführen kann. Auf dieser Grundlage könnte man vielleicht irgendwann wirkliche Ersatzorgane herstellen, die idealer Weise "on demand" mit den Zellen des Patienten besiedelt werden, um den Einsatz von Immunsuppressiva unnötig zu machen. Die nächsten Versuche sollen zeigen, dass die Methode auch mit Zellen von Menschen gelingt und dass die Erzeugung einer Ersatzniere für die Größe eines menschlichen Organs gelingt. Am besten wäre, Nieren von Schweinen von Zellen zu säubern und diese wieder zu besiedeln, weil Größe und Form ähnlich denen von menschlichen Nieren sei.

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