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Xenotransplantation

Untersuchungen zur xenogenen Aktivierung des humanen Gerinnungssystems nach ex vivo Perfusion porciner Organe mit humanem Blut

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Viele Patienten versterben auf der Warteliste für eine Organtransplantation, da die Bereitschaft der Bevölkerung zur Organspende geringer ist als ihr Bedarf. Neben den Bemühungen um eine grössere Spendenbereitschaft muss nach Alternativen geforscht werden, welche geeignet sind, Patienten mit terminalem Organversagen zu helfen. Eine dieser denkbaren Therapieansätze ist die Xenotransplantation als die Transplantation von tierischen Organen, Geweben oder Zellen.

Neben der Xenotransplantation wird auch intensiv daran gearbeitet, künstliche Organe entweder aus biologischen oder auch aus rein mechanischen Komponenten herzustellen.

Als potentielle Organspender für die Xenotransplantation kommt in erster Linie das Schwein in Betracht, da es in vielen morphologischen und funktionellen Aspekten dem Menschen nahe steht. Zudem sind Schweine als anerkannte Zucht- und Schlachttiere eher als potentielle Organspender vertretbar als z.B. Affen, die in ihrer Abstammungsentwicklung und Sozialstruktur dem Menschen sehr viel näher stehen. Die relativ leichte Zucht und Haltung ist ein weiteres Argument für den Einsatz von Schweinen als Organspender.

Die chirurgischen Techniken zur Implantation eines allo- oder xenogenen Spenderorgans sind derzeit weitestgehend etabliert; es stellen sich nunmehr Fragen in Bezug auf immunologische, pathophysiologische und infektiologische Aspekte der xenogenen Transplantation von Niere, Leber und Herz.

Das limitierende Hauptproblem der diskordanten Xenotransplantation, also der Übertragung von Organen zwischen verwandtschaftlich weiter entfernten Spezies wie beispielsweise Schwein und Mensch, stellte bis vor einigen Jahren die hyperakute Abstossung dar. Sie führt zur sofortigen Zerstörung des transplantierten Organs durch natürliche Antikörper des Transplantatempfängers innerhalb sehr kurzer Zeit (Min. bis Std.). Diese natürlichen Antikörper sind gegen spezifische Oberflächenmerkmale auf den Spenderzellen gerichtet, welche dem Empfängerorganismus unbekannt sind. Nach Bindung dieser Antikörper kommt es zur Aktivierung des Immunsystems und letztlich zur Zerstörung des Transplantates.

Mit Hilfe der Gentechnik ist es heute möglich, Schweineorgane so zu verändern, dass das menschliche Immunsystem diese leichter toleriert. Dies macht es erstmals möglich, die hyperakute Abstossungsreaktion zu überwinden und solche immunologischen Prozesse, welche nach hyperakuter Abstossung auftreten, eingehender zu untersuchen.

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Transgene Schweine

Nachdem es insbesondere durch die Verfügbarkeit transgener Spenderorgane möglich geworden ist, im Tiermodell Überlebenszeiten von mehreren Tagen bis einigen Monaten zu generieren, sollen nun die Mechanismen der sog. akuten vaskulären sowie der zellulären Abstossungsreaktion näher charakterisiert werden. Die genauen Mechanismen, welche zu dieser Form der Xenoabstossung führen, werden u.a. in der Medizinischen Hochschule Hannover sehr ausführlich untersucht und sind im einzelnen noch nicht klar bekannt.

Nach jeder Xenotransplantation von porcinen Organen in Primaten-Empfänger oder nach ex vivo Perfusionen porciner Organe mit humanem Blut, kann eine ausgeprägte Aktivierung des Gerinnungssystems des Primaten bzw. Menschen beobachtet werden. In einigen Experimenten kann diese Aktivierung in einer disseminierten intravaskulären Gerinnung (DIG) mit folgendem Tod des Empfängers resultieren. Die Aktivierung des Gerinnungssystems des Empfängers scheint eine Konsequenz der Aktivierung der Endothelzellen im transplantierten Organ zu sein. Eine detaillierte Analyse der abnormen Gerinnung in einem modifizierten ex vivo Perfusionsystem ist daher erforderlich.

In der Vergangenheit gab es einzelne Ansätze, die Gerinnung an den Thrombozyten zu hemmen oder die verbrauchten Faktoren zu ersetzen. In nicht-immunsupprimierten Primaten, die Empfänger einer transgenen porcinen Niere waren, konnte die Gabe von Antithrombin die Funktion der Niere über mehrere Tage erhalten. In vorhergehenden eigenen Experimenten konnte an der MHH gezeigt werden, dass sich Gerinnungsparameter durch die Gabe von Antithrombin (AT) verbessern lassen. AT allein kann aber nicht die Zeichen einer DIG bei einer Xenotransplantation eindämmen. Daher werden weitere Informationen benötigt, um mögliche Ansatzpunkte einer spezifischen Therapie zur Verhinderung der DIG nach Xenotransplantation zu erkennen.

 

Ziel des Projektes ist daher:

 

I. die detaillierte Analyse der abnormen Gerinnung des humanen Gerinnungssystems nach Kontakt mit porcinen endothelialen Zellen in soliden Organen wie Niere und Lunge durch Nutzung geeigneter ex-vivo Perfusionssysteme.

 

II. die Identifikation potenzieller Ziele für eine pharmakologische Intervention, um das Gerinnungssystem des Empfängers zu modulieren.

 

III. multi-transgene porcine Organe zu testen, die so genetisch modifiziert wurden, dass sie humane Gerinnungsregulatoren ausbilden.

 

Zur Analyse der Aktivierung der empfängerseitigen Gerinnung wird ein ex vivo Nierenperfusionskreislauf genutzt. Das humane Blut wird von gesunden Blutspendern gewonnen, wenn sie in die Verwendung ihrer Blutspende für diesen Versuchszweck eingewilligt haben. Die Perfusion von nicht-modifizierten Nieren ohne Zusatz von Komplement-INHibitor resultiert in einer mittleren Überlebenszeit von 20 Minuten.

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Nierenperfusionskreislauf

Der Perfusionskreislauf wird mit einer gerinnungshemmenden Substanz versehen (Heparin). Für die erste Reihe von Experimenten werden nur nicht-modifizierte porcine Nieren verwendet. Zur Verhinderung einer akuten Abstossung (HAR) werden zusätzlich 500 IE C1-INH appliziert. Die Gabe von C1-INH hat bei vorausgehenden ex-vivo Perfusionsexperimenten erfolgreich eine HAR für wenigstens 2 Stunden unterdrücken können, während die abnorme Aktivierung des Gerinnungssystems zu beobachten bleibt. Die Perfusion wird nach 240 Minuten abgebrochen. Verschiedene Laborparameter (Gerinnung und Thrombozytäre Marker) werden aus dem Perfusionskreislauf zu verschiedenen Zeitpunkten bestimmt. Gewebsproben werden für virologische, histopathologische und immuno-histochemische Analysen entnommen.

Die Thrombozyten werden aus den Blutproben zu den o.g. Zeitpunkten in einem so genannten Flow-Cytometer untersucht. Durch Zugabe von Antikörpern lassen sich so einzelne Rezeptoren auf der Oberfläche der Zellen untersuchen. So lassen sich z.B. Veränderungen über die Bindungsfähigkeit zwischen Thrombozyten und Fibrinogen/Fibrin zu einzelnen Zeitpunkten treffen.

Weitere funktionelle Parameter (z.B. Urinproduktion der Niere) werden ebenfalls während der Perfusion aufgezeichnet.

 

Projektleiter: M. Winkler; Förderung: DFG-Transregio Forschergruppe „Xenotransplantation“, Teilprojekt IV.

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Kontakt:

Wolf Ramackers

Prof. Dr. med. M. Winkler

Klinik für Allgemein-, Viszeral-, und Transplantationschirurgie

Medizinische Hochschule Hannover

Carl-Neuberg-Str. 1

30625 Hannover

Monoklonale Antikörper zur Modulation der humanen T-Zellantwort gegen porcines Xenoantigen

 

Bei einer Transplantation von Schweinegeweben und/oder -organen in den Menschen besteht die einzigartige Möglichkeit, Antikörper zu generieren und einzusetzen, die ausschließlich gegen Antigene des Transplantats gerichtet sind. Derartige Reagenzien könnten systemisch verabreicht werden, würden ihre Wirkungen jedoch organspezifisch entfalten. Ziel des Projektes ist es, porcin-spezifische Antikörper herzustellen, die die Interaktion humaner akzessorischer Moleküle mit porcinen Liganden blockieren und dadurch die Aktivierung humaner T-Zellen durch Xenoantigen vom Schwein verhindern können.

 

Projektleiter: R. Schwinzer; Mitarbeiter: W. Baars, T. Lieke, A. Plege; Förderung: DFG-Transregio Forschergruppe „Xenotransplantation“, Teilprojekt VI.

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