Wissenschaftler züchten erstmals “menschenähnliche” Organe in Schweinen

Das Problem: Mehr als 100.000 Menschen stehen in den USA auf der Warteliste für eine Organtransplantation, und jeden Tag sterben etwa 17 von ihnen, weil ein lebensrettendes Organ (meistens eine Niere) nicht rechtzeitig verfügbar war - das Angebot an Spendern entspricht einfach nicht der Nachfrage.

Einige Forscher haben die Xenotransplantation erforscht - die Verpflanzung von Organen von Tieren (meistens Schweinen) in Menschen. Obwohl es in letzter Zeit einige vielversprechende Fortschritte gegeben hat, gibt es hier eine große Herausforderung: Das menschliche Immunsystem greift oft diese fremden Organe an.

Andere Wissenschaftler testen daher einen kreativen Umweg. Dabei werden menschliche Organe in einem Tier gezüchtet, indem menschliche Stammzellen an der richtigen Stelle in ein Tierembryo injiziert werden.

In der Theorie könnte dieser Prozess (der als "interspezies Organogenese" bezeichnet wird) uns eine unbegrenzte Versorgung mit menschlichen Organen bieten. Wir könnten menschliche Stammzellen in die Embryos von Tieren implantieren, die ungefähr unsere Größe haben, wie zum Beispiel Schweine, und sie dann von den ausgewachsenen Tieren ernten.

Wenn die eigenen Stammzellen eines Organempfängers verwendet werden könnten, um ein Organ zu züchten, müssten sie möglicherweise nach der Operation nicht einmal Immunsuppressiva einnehmen, da das Organ perfekt passen würde.

Während es Forschern bereits gelungen ist, Organe von Ratten in Mäuse und umgekehrt sowie menschliches Gewebe, wie zum Beispiel Skelettmuskeln, in Schweinen zu züchten, hat bisher niemand das ultimative Ziel erreicht, feste menschliche Organe in einer anderen Spezies zu züchten.

Forscher des Guangzhou Institutes of Biomedicine and Health in China sind nun diesem Ziel näher gekommen als alle anderen. Sie berichteten am 7. September in der Zeitschrift Cell Stem Cell, dass sie teilweise menschliche Nieren in Schweineembryos gezüchtet haben.

Nachdem die Embryonen 25-28 Tage lang gewachsen waren, wurden "Nieren mit normaler Struktur und 50-60% menschlichen Zellen extrahiert, was sehr vielversprechend ist", sagte Rafael Matesanz, Schöpfer und Gründer der spanischen Nationalen Transplantationsorganisation, der nicht an der Studie beteiligt war.

Die Forscher mussten mehrere Herausforderungen bewältigen, wobei die erste die Tatsache war, dass Schweine ihre eigenen Nieren wachsen lassen und ihre Nierenzellen die menschlichen Stammzellen im Embryo überholen würden.

Um diese Hürde zu überwinden, nutzten sie die Gentechnik CRISPR, um zwei für die Nierenentwicklung wesentliche Schweinegene auszuschalten. Dadurch entstand ein gastfreundliches Mikroumfeld oder eine "Nische" für die menschlichen Stammzellen im Embryo und half ihnen dabei, mit den Schweinenierenzellen zu konkurrieren.



Die menschlichen Stammzellen wurden auch genetisch so verändert, dass sie zwei überlebensfördernde Gene überexprimieren, und bevor die Embryonen in Leihmüttern implantiert wurden, wurden sie unter Laborbedingungen kultiviert, die für das Überleben sowohl menschlicher als auch Schweinezellen optimiert waren.

Im Laufe der Studie wurden über 1.800 Embryonen in 13 Leihmütter transplantiert. Nur fünf davon haben sich erfolgreich eingesetzt und hatten normal strukturierte Nieren am 25. oder 28. Tag. In diesen Nieren befanden sich 50-60% menschliche Zellen.

Dies ist eine Erfolgsrate von weniger als 0,3% - und wir wissen nicht sicher, ob diese Nieren nach diesem Zeitpunkt weiterhin ordnungsgemäß entwickelt worden wären.

Um diese Methode zu einer tragfähigen Lösung für den Organmangel zu machen, ist es wichtig, die Erfolgsrate zu erhöhen und den Prozentsatz an menschlichen Zellen in den Nieren zu erhöhen. Dies wird wahrscheinlich weitere genetische Modifikationen erfordern und könnte viele Jahre dauern, so die Forscher.

Das Team wird auch Maßnahmen ergreifen müssen, um sicherzustellen, dass nur das gewünschte Organ "menschlich" ist. In ihrer Studie stießen sie auf eine geringe Anzahl menschlicher Zellen in den Gehirnen und Rückenmark der Embryos, was ernsthafte Bedenken hinsichtlich einer möglichen versehentlichen Veränderung der geistigen Fähigkeiten oder insgesamt der Entwicklung der Tiere aufwirft.

Sie fanden jedoch keine menschlichen Zellen in dem Bereich, wo wir sie wirklich nicht haben wollen: den Keimzellen (denjenigen, aus denen sich Fortpflanzungsorgane, Spermien und Eizellen entwickeln).



Auch wenn es den Wissenschaftlern gelingt, perfekte, zu 100% menschliche Organe in Schweinen zu züchten, ohne andere Teile ihres Körpers zu beeinflussen, wirft die Verwendung von Tieren als Organinkubatoren ethische Fragen auf.

Die gleichen Fragen stellen sich auch bei der Transplantation modifizierter Tierorgane in den Menschen, und diese Praxis ist bereits weiter fortgeschritten als die interspezies Organogenese. Im Jahr 2022 überlebte ein Mann zwei Monate, nachdem Chirurgen sein versagendes Herz durch ein genetisch verändertes Schweineherz ersetzt hatten, und im August 2023 verkündeten Forscher, dass eine Schweineniere 32 Tage nach der Transplantation in einen hirntoten und lebenserhaltenden Mann immer noch funktionierte.

(Diese Organe waren zwar vollständig Schweineorgane, aber sie wurden genetisch verändert, um menschlicher auszusehen und weniger Schweineproteine zu enthalten, die eine Abstoßung durch das menschliche Immunsystem auslösen könnten.)

Möglicherweise müssen wir uns jedoch nicht mit der Ethik der Nutzung von Tieren als Organquelle auseinandersetzen, wenn andere in der Entwicklung befindliche Lösungen für den Organmangel zuerst greifen, wie zum Beispiel bioartifizielle Organe, im Labor gezüchtete Organe und Behandlungen zur Regeneration geschädigter Organe.


Quelle: https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.08.003