Wie Wissenschaftler Zellen in den Organen toter Schweine wiederbeleben

Die Schweine lagen seit einer Stunde tot im Labor – kein Blut zirkulierte in ihren Körpern, ihre Herzen waren still, ihre Gehirnwellen flach. Dann pumpte eine Gruppe von Yale-Wissenschaftlern mit einem Gerät, das einer Herz-Lungen-Maschine ähnelt, eine maßgeschneiderte Lösung in die Körper der toten Schweine.

Was als nächstes geschah, fügt Fragen dazu hinzu, was die Wissenschaft als die Mauer zwischen Leben und Tod betrachtet. Obwohl die Schweine in keiner Weise als bei Bewusstsein angesehen wurden, wurden ihre scheinbar toten Zellen wiederbelebt. Ihre Herzen begannen zu schlagen, als die Lösung, die die Wissenschaftler OrganEx nannten, in Venen und Arterien zirkulierte. Zellen in ihren Organen, einschließlich Herz, Leber, Nieren und Gehirn, funktionierten wieder, und die Tiere wurden nie steif wie ein typisches totes Schwein.

Andere Schweine, die eine Stunde lang tot waren, wurden mit ECMO behandelt, einer Maschine, die Blut durch ihre Körper pumpte. Sie wurden steif, ihre Organe schwollen an und wurden beschädigt, ihre Blutgefäße kollabierten und sie hatten violette Flecken auf ihrem Rücken, wo sich Blut sammelte.

Die Gruppe berichtete am Mittwoch in Nature über ihre Ergebnisse.

Die Forscher sagen, ihr Ziel sei es, eines Tages das Angebot an menschlichen Organen für die Transplantation zu erhöhen, indem sie es Ärzten ermöglichen, lebensfähige Organe lange nach dem Tod zu erhalten. Und sie hoffen, dass ihre Technologie auch eingesetzt werden könnte, um schwere Schäden am Herzen nach einem verheerenden Herzinfarkt oder am Gehirn nach einem schweren Schlaganfall zu verhindern.

Aber die Ergebnisse sind nur ein erster Schritt, sagte Stephen Latham, ein Bioethiker an der Yale University, der eng mit der Gruppe zusammengearbeitet hat. Die Technologie, betonte er, sei „sehr weit entfernt vom Einsatz beim Menschen“.

Die Gruppe unter der Leitung von Dr. Nenad Sestan, Professor für Neurowissenschaften, vergleichende Medizin, Genetik und Psychiatrie an der Yale School of Medicine, war verblüfft über ihre Fähigkeit, Zellen wiederzubeleben.

„Wir wussten nicht, was uns erwarten würde“, sagte Dr. David Andrijevic, ebenfalls Neurowissenschaftler in Yale und einer der Autoren der Abhandlung. „Alles, was wir restauriert haben, war unglaublich für uns.“

Andere, die nicht mit der Arbeit zu tun hatten, waren ähnlich erstaunt.

„Es ist unglaublich, überwältigend“, sagte Nita Farahany, Rechtsprofessorin in Duke, die ethische, rechtliche und soziale Auswirkungen neuer Technologien untersucht.

Und, fügte Dr. Farahany hinzu, die Arbeit werfe Fragen zur Definition des Todes auf.

„Wir gehen davon aus, dass der Tod eine Sache ist, er ist ein Seinszustand“, sagte sie. „Gibt es Formen des Todes, die reversibel sind? Oder nicht?”

Die Arbeit begann vor einigen Jahren, als die Gruppe ein ähnliches Experiment mit Gehirnen von toten Schweinen aus einem Schlachthof durchführte. Vier Stunden nachdem die Schweine starben, infundierte die Gruppe eine OrganEx-ähnliche Lösung, die sie BrainEx nannten, und sah, dass Gehirnzellen, die eigentlich tot sein sollten, wiederbelebt werden konnten.

Das veranlasste sie zu der Frage, ob sie einen ganzen Körper wiederbeleben könnten, sagte Dr. Zvonimir Vrselja, ein weiteres Mitglied des Yale-Teams.

Die OrganEx-Lösung enthielt Nährstoffe, entzündungshemmende Medikamente, Medikamente zur Verhinderung des Zelltods, Nervenblocker – Substanzen, die die Aktivität von Neuronen dämpfen und jede Möglichkeit der Wiedererlangung des Bewusstseins der Schweine verhindern – und ein künstliches Hämoglobin, das mit dem eigenen Blut jedes Tieres gemischt wurde.

Bei der Behandlung der toten Schweine trafen die Ermittler Vorkehrungen, um sicherzustellen, dass die Tiere nicht litten. Die Schweine wurden betäubt, bevor sie getötet wurden, indem ihre Herzen gestoppt wurden, und die tiefe Betäubung wurde während des gesamten Experiments fortgesetzt. Darüber hinaus verhindern die Nervenblocker in der OrganEx-Lösung, dass Nerven feuern, um sicherzustellen, dass das Gehirn nicht aktiv ist. Die Forscher kühlten die Tiere auch, um chemische Reaktionen zu verlangsamen. Einzelne Gehirnzellen lebten, aber es gab keinen Hinweis auf eine organisierte globale Nervenaktivität im Gehirn.

Es gab einen überraschenden Befund: Die mit OrganEx behandelten Schweine zuckten mit dem Kopf, als die Forscher eine Jod-Kontrastlösung für die Bildgebung injizierten. Dr. Latham betonte, dass, obwohl der Grund für die Bewegung nicht bekannt sei, es keinen Hinweis auf eine Beteiligung des Gehirns gebe.

Yale hat die Technologie zum Patent angemeldet. Der nächste Schritt, sagte Dr. Sestan, wird sein zu sehen, ob die Organe richtig funktionieren und erfolgreich transplantiert werden können. Einige Zeit später wollen die Forscher testen, ob die Methode beschädigte Herzen oder Gehirne reparieren kann.

Die Zeitschrift Nature bat zwei unabhängige Experten, Kommentare zu der Studie zu schreiben. In einem diskutierte Dr. Robert Porte, ein Transplantationschirurg an der Universität Groningen in den Niederlanden, die mögliche Verwendung des Systems zur Erweiterung des Pools an Organen, die für Transplantationen zur Verfügung stehen.

In einem Telefoninterview erklärte er, dass OrganEx in Zukunft in Situationen eingesetzt werden könnte, in denen Patienten nicht hirntot, sondern so stark hirngeschädigt sind, dass eine Lebenserhaltung aussichtslos ist.

In den meisten Ländern, sagte Dr. Porte, gibt es eine fünfminütige „No Touch“-Politik, nachdem das Beatmungsgerät abgeschaltet wurde und bevor Transplantationschirurgen Organe entnehmen. Aber, sagte er, „bevor Sie in den OP eilen, werden weitere Minuten vergehen“, und bis dahin können Organe so beschädigt sein, dass sie unbrauchbar sind.

Und manchmal sterben Patienten nicht sofort, wenn die Lebenserhaltung eingestellt wird, aber ihr Herz schlägt zu schwach, als dass ihre Organe gesund bleiben könnten.

„In den meisten Ländern warten Transplantationsteams zwei Stunden“, bis Patienten sterben, sagte Dr. Porte. Dann, sagte er, versuchen sie nicht, Organe zu entnehmen, wenn der Patient noch nicht tot ist.

Infolgedessen können 50 bis 60 Prozent der Patienten, die nach Beendigung der Lebenserhaltung starben und deren Familien ihre Organe spenden wollten, keine Spender sein.

Wenn OrganEx diese Organe wiederbeleben könnte, sagte Dr. Porte, wäre der Effekt „enorm“ – eine enorme Zunahme der Zahl der für die Transplantation verfügbaren Organe.

Der andere Kommentar stammt von Brendan Parent, einem Anwalt und Ethiker, der Direktor für Transplantationsethik und Politikforschung an der Grossman School of Medicine der New York University ist.

In einem Telefoninterview sprach er über „knifflige Fragen rund um Leben und Tod“, die OrganEx aufwirft.

„Nach der anerkannten medizinischen und rechtlichen Definition des Todes waren diese Schweine tot“, sagte Mr. Parent. Aber, fügte er hinzu, „eine entscheidende Frage ist: Welche Funktion und welche Art von Funktion würde die Dinge verändern?“

Wären die Schweine immer noch tot, wenn die Gruppe keine Nervenblocker in ihrer Lösung verwendet und ihr Gehirn wieder funktioniert? Das würde zu ethischen Problemen führen, wenn das Ziel darin bestand, Organe für die Transplantation zu erhalten und die Schweine während des Prozesses ein gewisses Maß an Bewusstsein wiedererlangten.

Aber die Wiederherstellung der Gehirnfunktionen könnte das Ziel sein, wenn der Patient einen schweren Schlaganfall hatte oder ein Ertrinkungsopfer war.

„Wenn wir diese Technologie an einen Punkt bringen wollen, an dem sie Menschen helfen kann, müssen wir sehen, was im Gehirn ohne Nervenblocker passiert“, sagte Herr Parent.

Seiner Meinung nach müsste die Methode schließlich an Menschen ausprobiert werden, die davon profitieren könnten, wie Schlaganfall- oder Ertrinkungsopfer. Aber das würde viel Überlegung von Ethikern, Neurologen und Neurowissenschaftlern erfordern.

„Wie wir dorthin gelangen, wird eine entscheidende Frage sein“, sagte Mr. Parent. „Wann rechtfertigen die Daten, die wir haben, diesen Sprung?“

Ein weiteres Problem sind die Auswirkungen, die OrganEx auf die Definition des Todes haben könnte.

Wenn OrganEx weiterhin zeigt, dass die Zeitspanne nach Blut- und Sauerstoffentzug, vor der sich die Zellen nicht erholen können, viel länger ist als bisher angenommen, dann muss sich der Zeitpunkt ändern, zu dem festgestellt wird, dass eine Person tot ist.

„Es ist seltsam, aber nicht anders als das, was wir bei der Entwicklung des Beatmungsgeräts durchgemacht haben“, sagte Mr. Parent.

„Es gibt eine ganze Bevölkerungsgruppe von Menschen, die in einer anderen Zeit als tot bezeichnet worden wären“, sagte er.