Die neuen Organfabriken

von | 14. Juni 2019

Die Zucht von menschlichen Organen in Tieren soll den Organmangel beheben. Grafik: Caroline Linder.

In Deutschland warten derzeit etwa 9.400 Menschen auf ein passendes Spenderorgan – jeder Zehnte wartet hier vergeblich. Nun haben Wissenschaftler eine neue Methode der Organzucht entwickelt, die die Transplantationschirurgie revolutionieren könnte: Die Mensch-Tier-Chimären.

Ein Löwe mit dem Kopf eines Menschen oder eine Ziege mit menschlichen Ohren – wenn an Mensch-Tier-Mischwesen gedacht wird, springen einem Bilder von Fabelwesen in den Kopf. Doch im Bereich der Organspende ist die Idee von Mischwesen nicht länger nur eine surreale Fantasie, sondern eine neue Technologie.

„Zum ersten Mal können wir miterleben, wie menschliche Zellen in einem Tier wachsen.“

Juan Carlos Izpisua Belmonte ist Professor am Salk Institute for Biological Studies in Kalifornien und hat gemeinsam mit Biologe Jun Wu und seinem Team 2017 die ersten Mensch-Schwein-Chimären entwickelt. Chimären – auch Mischwesen genannt – bezeichnen laut des Deutschen Ethikrates einen Organismus, der aus unterschiedlichen genetischen Bausteinen besteht, der aber gleichzeitig ein einheitliches Individuum darstellt. Das bedeutet, dass Zellen, Gewebe oder Organe beispielsweise einem Lebewesen entnommen und einem anderen eingesetzt werden. In dem Fall der Mensch-Tier-Chimären werden menschliche Stammzellen, also menschliche DNA, einem Tier injiziert. Der Vorgang hierfür ist kompliziert und glückt nicht immer.

Für die Erschaffung von Chimären müssen Forscher zunächst die Stammzellen eines Lebewesens isolieren. Diese Zellen werden dann in den Embryo einer anderen Art injiziert und in den meisten Fällen wieder in die Gebärmutter hineingesetzt. Mit Hilfe von CRISPR – was sich als „Genschere“ definieren lässt – schaltet man zuvor die Gene des Embryos ab, die die Zellen befähigen, ein bestimmtes Organ zu bilden. Das bedeutet, dass die DNA des Embryos so verändert wird, dass ein bestimmtes Organ, zum Beispiel eine Leber, nicht entwickelt werden kann. Die injizierten Stammzellen sind somit die einzigen, die dieses Organ an der Stelle wachsen lassen können. Mit dieser Technologie ist es Forschern also möglich, beispielsweise ein Schwein oder ein Schaf mit einer menschlichen Niere zu züchten. Der ausgetragene Embryo dient nun als Organspender für den Patienten.

„Wir Wissenschaftler, vor allem die Stammzellen-Forscher, versuchen einen sehr einzigartigen Zelltyp namens „Induzierte Pluripotente Stammzellen” zu verwenden. Diese besitzen das Potential, alle möglichen Zellen im Körper zu erzeugen“, so Jun Wu im Interview mit Science Friday. Diese Pluripotenten Stammzellen, kurz iPS-Zellen, werden im Labor hergestellt. Sie besitzen die Besonderheit, dass sie sich zu unterschiedlichen Zellen entwickeln können und nicht auf eine genaue Form oder ein Organ bestimmt sind. Je nach Lebewesen, das das gezüchtete Organ erhalten soll, gleichen sich die Zellen an.

Erklärbeispiel

Für Person X soll eine Leber in einer Sau gezüchtet werden. Man nimmt also die iPS-Zellen von Person X und injiziert diese einem Schweine-Embryo, woraufhin der Embryo wieder in die Gebärmutter der Sau eingesetzt wird. Aufgrund der Genmanipulation mit der Genschere CRISPR und der Injektion der iPS-Zellen wächst dem Ferkel keine normale Schweine-Leber, sondern die menschliche Leber von Person X. Da diese Zellen aus dem späteren Empfänger des Organs kommen, kommt es auch zu keinen Abstoßungsreaktionen.

Doch warum gerade in Tieren?

Zum Verständnis: Stammzellen – egal ob tierisch oder menschlich – sind eine Art Urzelle. Das bedeutet, dass sich die Zelle zu noch keinem bestimmten Typ ausdifferenziert hat – sich also zu verschiedenen Zell- und Gewebetypen weiterentwickeln kann. Doch diesen Vorgang der Zelltyp-Spezialisierung, beispielsweise die Entwicklung zu Leberzellen, in einer Petrischale durchzuführen, ist laut der Forscher ziemlich schwierig. Aus diesem Grund hoffen Forscher auf die Entwicklung in einer natürlichen Umgebung – in Schweinen oder Schafen.

Auf die Frage, warum vor allem Schweine ideale Organfabriken sind, antwortet Professor Eckhard Wolf, Leiter des Institutes für Molekulare Tierzucht und Biotechnologie in München, im Interview mit Die WELT mit mehreren Gründen: „Schweine lassen sich sehr gut genetisch verändern, sie lassen sich gut züchten und vermehren, obendrein lassen sie sich hygienisch so gut halten, dass man ihre Organe weitgehend gefahrlos einem Menschen einpflanzen könnte. Außerdem passt die Physiologie und Größe der Organe auf einen Erwachsenen sehr gut.“ Aber auch Schafe gelten als ideal, da auch ihre Organe ähnlich groß sind wie die menschlichen Gegenstücke. Um hier eine Immunreaktion des späteren Empfängers zu verhindern, müssen die restlichen tierischen Viren des Schweines oder Schafes entfernt werden – sonst könnte es ebenfalls zur Abstoßungsreaktion kommen.

In das Herz des Mäuse-Embryos wurden Stammzellen einer Ratte injiziert – der Vorgang gleicht dem der Mensch-Tier-Chimären. Photo-Credit: Salk Institute AP, Juan Carlos Izpisua Belmonte und Jun Wu

Bisher besteht das Gesetz, die Embryos nach vier Wochen zu töten. Ausgetragen werden dürfen sie nicht. Diese Regelung setzt sich einerseits aus ethischen Bedenken, andererseits aus medizinischen Risiken zusammen. Die Sorge, dass es zu einer unklaren Trennlinie zwischen Mensch und Tier kommen könnte, ist ausschlaggebend. „Ich habe die gleichen Bedenken“, so Pablo J. Ross, Professor der University of California im Department Tierzuchtwissenschaften im Interview mit The Guardian. 2018 verkündete auch er die erfolgreiche Zucht von Mensch-Schaf-Chimären auf der jährlichen Tagung der American Associate for the Advancement of Science in Austin, Texas. Das Team um Ross beschäftigt sich vor allem mit der Frage, wo die menschlichen Zellen in dem Chimäre enden und in welchen Geweben sie auftauchen. „Angenommen, unsere Resultate implizieren, dass die menschlichen Zellen zum Gehirn des Tieres wandern, dann würden wir diese Studie niemals weiterführen“, berichtete Ross im The Guardian-Interview.

„Es ist nicht Frankensteins Monster“

Bislang verbrachten die 28-Tage alten Embryos 21 davon im Mutterleib. In einem MDR Artikel wurde Prof. Dr. Belmonte’s Bestätigung zitiert, dass dies lang genug sei, „um feststellen zu können, wie sich die menschlichen und die Schweinezellen mischen.“ Und tatsächlich zeigte die im Cell veröffentlichte Studie eine Entwicklung von verschiedenen Gewebetypen auf, darunter Muskelzellen sowie Vorstufen von Organen. Der Anteil der menschlichen Zellen entsprach hier bei den Mensch-Schwein-Chimären 0,001%. Dies entspricht einer menschlichen Zelle zu 100.000 tierischen Zellen. Der Forscher Pablo J. Ross konnte diesen menschlichen Anteil bei seinen Mensch-Schaf-Chimären auf 0,01% erhöhen, also 1:10.000. Er sagte jedoch auf einer Pressekonferenz, dass dies wahrscheinlich immer noch nicht genug sei, um ein Organ zu erzeugen. Hierfür müsste etwa 1% des Embryos menschlich sein. Ross’ Kollege und Stammzellen Professor an der Stanford University, Hiro Nakauchi, bestätigt ebenfalls, dass der Beitrag der menschlichen Zellen sehr klein ist: „Das ist nicht so, als hätten wir ein Schwein mit einem menschlichen Gesicht oder einem menschlichen Hirn“, sagte er im Gespräch mit dem The Guardian. Auch Ira Flatow – Reporterin bei ScienceFriday – sagte im gemeinsamen Gespräch mit den Forschern Jun Wu und Qiao Zhou, dass es sich bei den Mischwesen keinstenfalls um „Frankensteins Monster“ handle, lediglich um eine neue lebensrettende Technologie.  

Kritik an der Forschung

Trotz der derzeit geringen menschlichen Anteile, sprechen sich Forscher gegen die Studie aus. So auch John De Vos, Direktor der Zell- und Gewebetechnik am Montpellier University Krankenhaus und an der University of Montpellier in Frankreich. Er hat medizinische und ethische Bedenken. Im Interview mit WIRED erläutert Vos das Worst Case Szenario der Mensch-Tier-Studie. Er erklärt, dass wenn es zu viele menschliche Zellen zum Gehirn des Tieres schaffen, das Tier eine neue Art von Wahrnehmung und Intelligenz erzeugen könnte. Er bezieht sich hierbei auf die im Jahr 2013 durchgeführte Studie, bei der Mäusen menschliche Gehirnzellen injiziert wurden. Laut Artikel im Sciencemag zeigten die Mäuse mit den injizierten Zellen eine weitaus höhere Intelligenz auf, als Mäuse ohne Injektion. „Es wäre schlimm, sich eine Form von menschlichem Bewusstsein, gefangen in einem Tierkörper vorzustellen“, berichtete De Vos.

 

„Mein persönlicher Standpunkt ist, dass man hier Gott spielt und das finde ich immer fraglich.“

Im Interview mit medienMITTWEIDA berichtet Anne Schilling – Tierärztin und Öffentlichkeitsarbeitbeauftragte des Tierschutzverein Chemnitz und Umgebung e.V. über ihre Bedenken der neuen Chimäre-Technologie: „Für mich persönlich wäre es ethisch nicht vertretbar. Nicht nur, weil man den Tieren unnötiges Leid schafft, sondern für mich steht auch im Vordergrund, dass der Mensch gleichzeitig Mensch und Natur spielt und das ein Schritt zu weit ist.“ Auch sie ist der Meinung, dass ein gewisses Risiko dabei bestehe, menschliche und tierische Zellen in einem Organismus zu vermischen. Man wisse hier nie, in welche Richtung sich die gezüchteten Zellen weiterentwickelten.

Dass ein Großteil der Tiere nach Entnahme der Spenderorgane nicht mehr lebensfähig ist, ist unumstritten. Eventuelle Ausnahmen könnten Tiere mit einer entnommenen Niere darstellen, da auch Schweine oder Schafe zwei Nieren besitzen. Doch auch hier ist fraglich, inwiefern die Tiere nach den Strapazen der Spende normal weiterleben können. Die Lebensumstände der Versuchstiere vor der Spende spricht Schilling mit Skepsis an: „Diese Tiere müssten wahrscheinlich auch im Glasbaukasten gehalten werden und das ist ja kein Leben. Da stelle ich mich wieder als Gott hin und sage „Du darfst kein Leben führen“, diese Einstellung findet sie mehr als fraglich.

 

„Es sterben jeden Tag 3 Menschen auf der Warteliste und bei uns warten in Deutschland Patienten auf eine Niere im Schnitt 8 Jahre und ich finde dieser Zustand ist unerträglich.“

Professor Dr. Matthias Anthuber ist Direktor der Klinik für Allgemein-, Viszeral- und Transplantationschirurgie des Universitätsklinikums Augsburg. Im Gespräch mit medienMITTWEIDA geht er auf den derzeitigen akuten Organmangel und dessen mögliche Überwindung ein. 2018 gab es laut Organspende-info.de rund 960 postmortale Organspender, was 11,5 Organspenden je einer Million Einwohner entspricht. Verglichen mit dem Vorjahr ist das zwar ein Anstieg von 20 Prozent, ein Mangel an Spenderorganen besteht weiterhin. „Wenn wir mehr Organe hätten, wie auch immer wir sie gewinnen, wäre das für die Patienten, die auf der Warteliste stehen, ein Gewinn.“, so Anthuber. Hierbei müsse es seiner Meinung nach trotzdem unter ethisch und moralischen Gesichtspunkten eine „saubere Angelegenheit“ sein. Trotzdessen erklärt er, dass der Fortschritt der Medizin in den letzten 40-50 Jahren undenkbar gewesen sei, wenn es gerade im Bereich der Transplantation die Möglichkeit der Tierversuche nicht gegeben hätte. Er sähe kein Risiko darin, wenn es dem Zweck diene, einem schwerkranken Menschen das Leben zu retten.

 

Gibt es Alternativen zu den Mensch-Tier-Chimären?

Neben der Methode, bei der man über 3D-Druck versucht, funktionsfähige Organe zu züchten, spricht Prof. Anthuber ebenfalls über die In-vitro-Methode, also im Glas, aus Stammzellen gewisse Organe zu züchten. „Das ist zum Teil auch schon gelungen, dass man Stammzellen in ein Milieu gibt und dieses Milieu gibt dann vor, ob sich eine Stammzelle in Richtung Herz, Leber oder in Richtung Niere differenziert“, so Anthuber. Doch diese Methode sei noch in der Anfangsphase und „weit weg von der klinischen Anwendbarkeit“. Eine weitere Alternative ist die Xenotransplantation – ein Verfahren, bei dem in Tieren tierische Organe herangezüchtet werden, „die aber gentechnisch so verändert sind, dass sie dem Menschen transplantiert werden können, ohne, dass es zu Abstoßungsreaktionen kommt“. Doch auch diese Methode birgt laut Forschern auf NCBI mehr Hürden, als die vielversprechenden Mensch-Tier-Chimären. Eine weitere Möglichkeit wäre laut A. Schilling, die verpflichtende Organspende einzuführen – der Gesetzentwurf zur Widerspruchslösung wurde dafür bereits eingereicht. Eine Umfrage der Bundeszentrale für gesundheitliche Aufklärung zeigt, dass gerade einmal 36% der Deutschen einen Organspendeausweis besitzen. Der Vorschlag zur Widerspruchslösung liegt laut dem deutschen Ethikrates in weiter Zukunft.

 

Die Zukunft in Händen der Wissenschaftler

Die Bedingungen in Deutschland bezüglich Tierversuchen sind in den letzten Jahren immer strenger geworden, doch zeit.de berichtet, dass im Jahre 2017 allein in Deutschland 2,8 Millionen Tiere für Experimente genutzt wurden. Laut des deutschen Ethikrates sind „Neben dem Grundgesetz (GG) im deutschen Recht zwei Gesetze von zentraler Bedeutung für das Thema Mensch-Tier- Mischwesen: das Embryonenschutzgesetz (ESchG) und das Tierschutzgesetz (TierSchG)“.

Aufgrund der Anfangsphase der Experimente wird es noch einige Zeit dauern, bis die genetisch veränderten Embryos in Deutschland ausgetragen werden dürfen. Auch in den USA untersagen die Nationalen Gesundheitsinstitute die öffentliche Finanzierung der Mensch-Tier-Hybride, „obwohl sie 2016 bereits andeuteten, dass das Verbot aufgehoben werden könnte“, so National Geographic. Derzeit finanziert sich die Forschung durch private Spender. Falls es zu keiner Genehmigung der Studie in den USA, sowie den meisten westlichen Ländern kommen würde, könne man in Spanien weiterforschen, berichtet Jun Wu im Interview mit Sciencefriday. Doch dies sei derzeit nicht in Planung: „Wir haben uns dagegen entschieden. Grund dafür ist, dass wir noch in der Anfangsphase unserer Studie stecken. Wir möchten zunächst eine sicherere Strategie für die Organzucht in Tieren für die Zukunft entwickeln.“ Doch die Wissenschaftler bleiben zuversichtlich, Forscher Ross blickt optimistisch auf die neue Technologie: „All diese Ansätze sind kontrovers und keine ist perfekt, aber sie geben den Menschen, die tagtäglich sterben, Hoffnung“, sagte er laut National Geographic.

Text: Hayam El Hachoumi, Titelbild: Caroline Lindner, Bild: Salk Institute AP, Juan Carlos Izpisua Belmonte und Jun Wu