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Nobelpreis belohnt zwei Pioniere der Organtransplantation

Dem Fortschritt der Transplantationsmedizin verdanken tausende Patienten ein längeres oder lebenswerteres Dasein. Nierenkranke Menschen wurden von der Blutwäsche befreit; Patienten mit schweren Erkrankungen von Herz und Leber überlebten. Diese Entwicklung hat sich innerhalb der letzten 40 Jahre vollzogen. Das Nobel-Komitee hat jetzt zwei Forscher gewürdigt, die schon vor Jahrzehnten den Grundstein für den außerordentlichen Erfolg der Transplantations-Medizin gelegt haben: Der diesjährige Medizin-Nobelpreis wurde gestern den beiden amerikanischen Wissenschaftlern Joseph E. Murray und E. Donnall Thomas zuerkannt.

Copyright © The Nobel Foundation

Die Transplantations-Medizin hat in den letzten Jahrzehnten rasante Fortschritte gemacht: Waren vor 40 Jahren die Verpflanzung einer Niere oder gar von Herz oder Leber noch medizinische Utopie, so ist sie heute bereits zum Routineeingriff geworden. An diesem Fortschritt haben zahlreiche Wissenschaftler und Ärzte mitgewirkt.

Das schwedische Nobel-Komitee hat sich nun entschlossen, den diesjährigen Medizin-Nobelpreis an zwei Pioniere der Transplantationsmedizin zu vergeben: die amerikanischen Wissenschaftler Joseph E. Murray und E. Donnall Thomas. Damit ist der Medizin-Nobelpreis erstmals seit längerer Zeit wieder an zwei Forscher vergeben worden, die – als Chirurg und als Hämatologe – auch in der klinischen Medizin tätig waren. In den letzten Jahren wurden fast ausschließlich Entdeckungen von Grundlagenforschern gewürdigt, die mit Hilfe molekularbiologischer Methoden im Labor gemacht worden waren.

Wie das Karolinska-Institut in Stockholm gestern bekanntgab, wurden die beiden Forscher dafür ausgezeichnet, dass sie die Transplantation von Zellen und Organen als Behandlungsmethode eingeführt haben. Nach Ansicht des Nobel-Komitees waren die Entdeckungen der beiden Wissenschaftler „ausschlaggebend für zehntausende schwerkranker Menschen, die durch Transplantation entweder völlig geheilt wurden oder zu einem verhältnismäßig normalen Leben zurückkehren konnten, wo andere Methoden erfolglos waren“. Die Nobelpreise sind dieses Jahr mit jeweils 1,08 Millionen Mark dotiert.

Der einundsiebzigjährige Murray war bis zu seiner Pensionierung im Jahre 1985 am Medizinischen Zentrum für Kinderheilkunde in Boston tätig. Am 23. Dezember 1954 gelang es ihm erstmals, einem eineiigen Zwilling die Niere seines Zwillingsbruders zu übertragen. Die Transplantation war erfolgreich, da das genetisch identische Organ von der Immunabwehr des Empfängers nicht abgestoßen wurde.

Die dramatische Operation hatte damals großes Aufsehen erregt: Der 22jährige Patient litt nach einer Scharlach-Erkrankung an chronischem Nierenversagen, als sich das Ärzteteam um Murray entschloss, die erste Nierentransplantation zu wagen. Sechs Monate nach der Transplantation wurde der Patient nach Hause entlassen. Er begann bald wieder zu arbeiten und heiratete die Krankenschwester, die ihn gepflegt hatte.

Die Idee, Organe von einem Menschen auf den anderen zu übertragen, hatte man bereits in der Antike, erfolglose Transplantationsversuche wurden schon um die Jahrhundertwende unternommen. Alexis Carrel, Nobelpreisträger von 1912, postulierte eine „biologische Kraft“, welche die Organverpflanzung aussichtslos mache.

Nachdem Murray diese Theorie schon für genetisch identische Organe widerlegt hatte, wurde im April 1958 eine Methode bekannt, die zu einer wirksamen Unterdrückung der Abwehrkräfte führte und damit die Verpflanzung nicht identischer Organe in Aussicht stellte: Die Ganzkörperbestrahlung mit anschließender Injektion von Knochenmarkszellen, die bei dieser Bestrahlung zerstört wurden. Später kamen Medikamente wie 6-Mercaptopurin und Azathioprin und schließlich Cyclosporin, die die Immunabwehr unterdrückten. Mit ihrer Hilfe gelang es, auch genetisch unterschiedliche Nieren von Verstorbenen zu verpflanzen.

In der Bundesrepublik war es erst im Februar 1968 so weit: Die erste Patientin konnte die Heidelberger Rudolf-Krehl-Klinik wenige Wochen nach der Operation verlassen, nachdem ihr erstmals erfolgreich die Niere eines lebenden Spenders übertragen worden war. Die Transplantation von Nieren erwies sich als Organverpflanzung mit hoher Erfolgschance; sie ist, vor allem was die Lebensqualität anbelangt, der Blutwäsche, der sich die Nierenkranken unterziehen müssen, deutlich überlegen.

Mit der erfolgreichen Nierentransplantation war auch das Feld geöffnet für die Übertragung weiterer Organe wie Herz, Leber und Bauchspeicheldrüse und schließlich auch von Lungenflügeln. Das Hauptproblem bei der Verpflanzung von Organen besteht auch heute noch in den Abstoßungsreaktionen des Empfängers.

Mittlerweile weiß man auch mehr über die „biologische Kraft“ des Alexis Carrel. Die Zellen des menschlichen Körpers tragen nämlich auf ihrer Oberfläche Eiweißstrukturen – die sogenannten MHC-Antigene – die in hunderten verschiedener Varianten vorkommen. Das Immunsystem „lernt“ schon während seiner Entstehung, eigene von fremden Strukturen zu unterscheiden. Diese Fähigkeit unserer Abwehrzellen kann aber zum Verhängnis werden, wenn lebenswichtige Spenderorgane nicht toleriert werden, weil die Oberflächenstruktur der empfangenen Zellen sie als „feindlich“ ausweist.

Um die Immunabwehr gegen das fremde Organ zu unterdrücken, nutzten Murray und Thomas zwei medizinische Erkenntnisse: ionisierende Strahlung sowie Medikamente, die das Wachstum der Immunzellen hemmen, sind in der Lage, die Abstoßungsreaktionen des Körpers gegen fremdes Gewebe zu vermindern. Murray kombinierte eine Bestrahlung des ganzen Körpers mit der Einnahme des zellhemmenden Medikaments Azathioprin.

Thomas benutzte das Medikament Methotrexat, um auch die sogenannte Graft-versus-Host-Reaktion zu dämpfen. Bei dieser „GVH“-Reaktion sind es die Zellen des Spenders, welche die Gewebe des Empfängers angreifen. Im Transplantat finden sich nämlich immer eine Anzahl von T-Zellen, die in der fremden Umgebung des Empfängers großes Unheil anrichten können.

Thomas ist heute stellvertretender Direktor der Forschungsabteilung des Fred Hutchinson Krebsforschungszentrums in Seattle und hat auch in den letzten Jahren noch mit einer Vielzahl von Forschungsarbeiten geglänzt, die in verschiedenen Fachzeitschriften veröffentlicht wurden. Der 70-jährige beschäftigte sich auch in letzter Zeit vorwiegend mit der Transplantation von Knochenmarkzellen.

Die Übertragung dieser blutbildenden Zellen kann Blutkrebs (Leukämie), schwere Erbkrankheiten oder Störungen des Immunsystems heilen, erklärte das 50köpfige Nobelkomitee gestern in der Begründung der Preisverleihung.

Derzeit werden in den Vereinigten Staaten die ersten Versuche unternommen, gentechnisch veränderte Blutzellen zu verabreichen. An den National Institutes of Health in Bethesda setzen French Anderson, Michael Blaese und Kenneth Culver die Arbeit von Murray und Thomas fort. Im September behandelten sie ein vierjähriges Mädchen mit einer äußerst seltenen Erbkrankheit (ADA), der veränderte T-Zellen injiziert wurden. Idealerweise würde man statt T-Zellen Knochenmarkszellen benutzen, die sich im Mark des Empfängers etablieren und neue Blutzellen produzieren.

Auch diese Erkenntnis verdankt man den Arbeiten von Thomas. Darüber hinaus zeigte er, dass sich die Knochenmarkstransplantationen auch ohne chirurgischen Eingriff vornehmen lassen. Vor den entscheidenden Arbeiten von Thomas und seinen Mitarbeitern hatte man versucht, das fremde Knochenmark direkt in die Knochenhöhle einzuspritzen. Seine Technik, die heute in allen Behandlungs-Zentren angewendet wird, erwies sich als überraschend einfach: Das Knochenmark wird dazu meist aus dem Beckenknochen des Spenders gewonnen, ohne dass er stark beeinträchtigt wird oder Nebenwirkungen zu erleiden hat. Die entnommene Kochenmarkssuspension wird dann dem Empfänger in die Vene injiziert.

Die wichtigen Stammzellen aus denen alle Blutzellen entstehen, finden – dies konnte Thomas zeigen – selbständig ihren Weg in das Knochenmark. Schon nach zwei bis drei Wochen werden die ersten Blutzellen gebildet. Das kranke Knochenmark wird zuvor durch Ganzkörperbestrahlung und Medikamente abgetötet.

Thomas, der verheiratet ist und drei Kinder hat, wurde am 15. März 1920 in Mart (Texas) geboren. Murray wurde am 1. April 1919 in Milford (Massachusetts) geboren. Der Wissenschaftler, der als Hobbys Badminton und Tennis angibt, ist verheiratet und hat sechs Kinder.

(geschrieben mit meiner damaligen Kollegin Dr. Annette Tuffs, erschienen in der WELT am 9. Oktober 1990. Letzte Aktualisierung 14. April 2017)

Was ist daraus geworden? Beide Mediziner sind inzwischen verstorben, doch ihr Erbe wirkt fort. So wurden in 2014 – dem letzten Jahr, für das ich Zahlen finden konnte – weltweit fast 120000 Organe verpflanzt. Darunter waren ca. 80000 Nieren, 26000 Lebern, 6500 Herzen, 4700 Lungen und 2300 Bauchspeicheldrüsen. Der Bedarf ist allerdings nach Schätzungen noch immer etwa zehn mal so hoch. In Deutschland wird im internationalen Vergleich eher wenig transplantiert, obwohl mittlerweile jeder dritte einen Organspendeausweis trägt. Die Zahlen gehen seit 2010 zurück. Schuld sei die mangelnde Meldebereitschaft vieler Krankenhäuser, sagte Wolfgang Fleig, der Medizinische Vorstand des Universitätsklinikums in Leipzig, gegenüber dem Nachrichtenmagazin Focus.

Künstliche Leber im Tierversuch erfolgreich

Man nehme: einige Streifen feinfaseriges Gore-Tex („Engelshaar“), etwas Kollagen und dazu einen Schuss Wachstumsfaktor und ein paar Leberzellen. Nach sorgfältigem Mischen dieser „Zutaten“ erhält man ein Kunstorgan, das in der Lage ist, die Funktion einer Leber zu übernehmen. Was wie die Phantasie eines Science-fiction-Autors anmutet, wurde im Tierversuch bereits erfolgreich erprobt.

Das „Neo-Organ“, entwickelt von den amerikanischen Forschern John Thompson und Thomas Maciag, entsprang dem Versuch, angeborene Mangelkrankheiten durch die Gabe gesunder Zellen zu beheben. Dazu waren zwei Hürden zu nehmen: Ohne ausreichende Nährstoff-Versorgung können nur wenige Zellen überleben. Erst wenn über Blutgefäße Sauerstoff und Zucker geliefert werden, kann sich das Kunstorgan entwickeln.

Thompson und Maciag lösten beide Probleme, indem sie fein gesponnene Gore-Tex-Fäden mit dem Eiweiß Kollagen überzogen und dann in einer Nährlösung bebrüteten, die das biologische Signalmolekül HBGF enthielt. Die schwammartigen Gebilde wurden dann in die Bauchhöhle von Ratten eingepflanzt und zunächst sich selbst überlassen.

Als die Forscher vier Wochen nach der Operation die Bauchhöhle wieder öffneten, trauten sie kaum ihren Augen: Offensichtlich von HBGF angelockt, hatten sich Blutgefäße ausgebildet, die das Kunstorgan mit dem umliegenden Gewebe verbanden. Unter dem Mikroskop konnten die Wissenschaftler verschiedenste Zelltypen entdecken, die sich um die Gore-Tex-Fäden gruppiert hatten – Muskelgewebe und sogar Nervenzellen haben sie gefunden.

In einem zweiten Experiment wurde versucht, mit Hilfe der entstandenen Neo-Organe eine Erbkrankheit zu korrigieren. Die Forscher nahmen Ratten, deren Leber nicht mehr den Gallenfarbstoff Bilirubin entgiften konnte – die Tiere litten also an Gelbsucht. Die Forscher besiedelten die Neo-Organe mit gesunden Leberzellen und schon am nächsten Tag sank der Bilirubingehalt des Blutes deutlich ab. Die transplantierten Zellen hatten in dem Neo-Organ ein neues Zuhause gefunden und begannen sofort mit der Entgiftungsarbeit. Nach etwa drei Wochen hatte die künstliche Leber ihre Arbeit voll aufgenommen und auch sechs Monate später funktionierte das Neo-Organ noch einwandfrei.

Auch beim Menschen sind eine Reihe von Krankheitsbildern bekannt, die auf einen gestörten Billrubinstoffwechsel zurückgehen. Thompson und Maciag sehen hier eine Vielzahl von Anwendungen. Auch die Milz und Herzkranzgefäße haben die Wissenschaftler im Visier. Thompson ist besonders von der Aussicht begeistert, dass die Kunstorgane auch Nervenzellen bilden könnten und denkt dabei an die Opfer der Alzheimerschen Krankheit und anderer Störungen des Nervensystems.

Die Befürworter einer Gentherapie am Menschen sind ebenfalls hellhörig geworden. Sie sehen in den Neo-Organen ein geeignetes Vehikel, um gentechnisch veränderte Zellen in den menschlichen Organismus einzuschleusen. Dort könnten sie dann vor Ort die verschiedensten Wirkstoffe produzieren und so als Medikamentendepot dienen.

Gegen Herz- und Kreislauferkrankungen werden in den Laboratorien bereits neue Waffen geschmiedet. Genetisch programmierte Endothelzellen könnten die verschiedenen Wirkstoffe direkt in die Blutbahn abgeben. James Wilson von der Universität Michigan hat die ersten Versuche an Hunden bereits erfolgreich abgeschlossen. Während Wilson künstliche Arterien mit seinen Zellen besiedelte, gelang es seinem Kollegen Gary Nabel, die beschädigten Blutbahnen einer Schweinerasse neu auszukleiden. Bisher haben beide Arbeitsgruppen nur einen „Genmarker“ benutzt, der es ihnen erlaubte, den Weg der implantierten Zellen zu verfolgen.

Schon bald aber soll das Gen für TPA zum Einsatz kommen, wodurch Blutgerinnsel aufgelöst oder verhindert werden könnten. Dazu müsste die – bekannte – Erbinformation für die Herstellung von TPA in die Zelle eingeschmuggelt werden. Ein „genetischer Schalter“ würde dafür sorgen, daß die Produktion dieser lebenswichtigen Substanz durch den behandelnden Arzt reguliert werden könnte. Mit der gleichen Methode ließe sich möglicherweise der Arterienverkalkung beikommen. Bluter und Zuckerkranke sind weitere Patientengruppen die für eine derartige Therapie in Frage kämen.

Auch bei der Behandlung von Aids könnten die neuen Erkenntnisse zu Fortschritten führen. French Anderson vom Nationalen Gesundheitsinstitut in Maryland hat sich zusammen mit Robert Gallo vom Nationalen Krebsinstitut, bereits eine Strategie überlegt, wie das Aids-Virus (HIV) zu attackieren sei. Sie wollen ein Eiweiß namens CD4 nutzen, das theoretisch in der Lage ist, dem Virus den Zugang zu seinen Wirtszellen zu versperren, CD4 befindet sich zurzeit in der ersten Phase der klinischen Versuche, in einem Stadium also, in dem das Eiweiß an einer kleinen Zahl von Patienten auf seine Verträglichkeit untersucht wird.

Allerdings werden die Moleküle, die mehrmals täglich gespritzt werden müssen, im Blut der Patienten innerhalb kürzester Zeit wieder abgebaut. Andersons Team hat daher den molekularen Bauplan für CD4 in weiße Blutkörperchen (Lymphozyten) eingebaut. Wenn es den Forschern gelingt, diese Lymphozyten zur Produktion größerer Mengen an CD4 zu „überreden“, sollen die Zellen in die Bauchhöhle von Aids-Patienten implantiert werden. Im Inneren eines Neo-Organs könnten die manipulierten Lymphozyten dann das Aids-Virus über längere Zeiträume hinweg in Schach halten.

(leicht gekürzt erschienen in der WELT vom 23. Juni 1990)

Was ist daraus geworden? „Künstliche Organe“ im Sinne dieses Artikels gibt es für den routinemäßigen Einsatz in der Praxis noch immer nicht. Am nähesten ´dran scheint die Forschung mit einer Bauspeicheldrüse aus der Retorte für Typ-1-Diabetiker. Zur Entgiftung außerhalb des Körpers wurde aber das technische System MARS entwickelt und zugelassen bei chronischem Leberversagen von Neugeborenen, Kleinkindern und Kindern, die auf ein Spenderorgan warten.