Sieben Herzklappen für sieben Schafe
Ein Hang zur Unordnung scheint ein treuer Begleiter guter Wissenschaft zu sein. Der Kühlraum des Leibniz-Labors an der Medizinischen Hochschule Hannover wirkt zumindest so, als wären beim Umzug die Möbelpacker in Streik getreten. Einige halbleere Kartons verteilen sich auf dem Boden, andere stapeln sich mannshoch auf einem Tisch. Um so deutlicher ist der Kontrast zu sieben kleinen Glasflaschen, die ordentlich aufgereiht auf einem anderen Tisch stehen. Augustinus Bader nimmt vorsichtig eine der zur Hälfte gefüllten Flaschen in die Hand. In der Flüssigkeit treibt ein weißlicher Gegenstand. „Das sind Herzklappen von Schweinen“, erklärt er.
Was wie ein Stück Gummischlauch aussieht, ist für Bader ein kleiner Schatz: In knapp zwei Wochen sollen die sieben Gewebestücke in die Herzen von sieben Schafen eingenäht werden. Zuvor werden die Wissenschaftler die Ersatzteile mit einem Rasen von Schafzellen überziehen. Wenn alles gut geht, fällt in einem halben Jahr die Entscheidung, ob ähnliche Klappen – mit einem Überzug aus menschlichen Zellen – in das Herz eines Menschen eingenäht werden.
Falls auch dies gelänge, würde das einen Durchbruch für das Gebiet des Tissue Engineering, wie die Gewebezucht auf englisch heißt, bedeuten. Die Herzklappen aus Hannover wären die ersten im Labor gezüchteten Ersatzteile fürs Herz. Ein solcher Erfolg wäre kein schlechter Einstand für das Labor, das der Hannoveraner Herzchirurg Axel Haverich Ende 1996 mit jenen drei Millionen Mark gegründet hat, die ihm die Verleihung des Leibniz-Preises eingebracht hatte. Sein Kollege Augustinus Bader leitet die größte der vier Arbeitsgruppen der Leibniz Forschungslaboratorien für Biotechnologie und Künstliche Organe. Baders 30 Mitarbeiter konzentrieren sich auf die Zucht von Zellen.
Mit leichtem Unwillen registriert er, welchem Umstand er zumindest zum Teil das Interesse der Presse an seinem Labor zu verdanken hat: Ein englischer Kollege hatte vor zwei Wochen ankündigt, er könne in zehn Jahren ein künstliches Herz wachsen lassen, wenn man ihm nur genügend Geld gebe. Bader versucht, die Erwartungen zu dämpfen: „Wenn in der Wissenschaft jemand von zehn Jahren redet, dann ist das , als würde er von 200 Jahren Menschheitsgeschichte sprechen.“
Baders eigene Pläne konzentrieren sich erst einmal auf die nächsten zwei Wochen. Seine Mitarbeiter müssen die sieben Herzklappen für die Implantation in die Schafe vorbereiten. In einem weiteren Laborraum lagern bereits die sterilisierten und in Alufolie eingewickelten Gerätschaften für das Experiment. Vor zwei Tagen verhinderten die Klappen im Körper der Schweine noch, daß das in die Lunge gepumpte Blut ins Herz zurückfließen konnte. In zwei Wochen sollen sie dieselbe Aufgabe im Körper eines Schafes erledigen. Übertrüge man die Klappen direkt, würden sie vom Immunsystem des Schafes zerstört werden – die Tiere müßten sterben.
Bader will dies umgehen: Herzklappen bestehen aus einem stabilen und flexiblen Kollagengewebe, das von einer mehrlagigen Zellschicht überwachsen ist. Diese (Schweine-)Zellschichten haben die Forscher in den letzten Tagen säuberlich entfernt. In den nächsten zwei Wochen werden Baders Mitarbeiter das nackte Kollagen Schicht für Schicht mit den entsprechenden Zellen von Schafen wiederbesiedeln. Jede der sieben Klappen erhält Zellen jenes Schafes, in dessen Herz sie der Hannoveraner Chirurg Gustav Steinhoff, Baders Kooperationspartner, einsetzen wird.
Für den Zelltausch spannen die Wissenschaftler die Organteile so in röhrenartigen Aufzuchtgefäßen ein, wie sie später auch im Herzen eingenäht werden sollen. Während sich die Zellen auf der Oberfläche der Klappen ansiedeln und vermehren, sorgt eine Pumpe dafür, daß eine Nährlösung ständig durch die Klappen pulsiert und sie dabei öffnet und schließt. „Die Bedingungen sollen denen im Herzen ähneln“, sagt Bader. Er hofft, daß das Immunsystem der Schafe die neuen Herzklappen nicht mehr vom eigenen Gewebe unterscheiden kann. Und vielleicht werden die angesiedelten Schafzellen sogar das Schweinekollagen mit der Zeit durch neu gebildetes Material ersetzen. „In einem halben Jahr wissen wir, ob es funktioniert.“
Das eigentliche Ziel der Gruppe ist es jedoch, Schweineklappen mit den Zellen eines Menschen zu besiedeln, dessen Herz ein solches Ersatzteil benötigt. Jährlich werden in Deutschland etwa 15 000 Klappen ersetzt, weil sie undicht geworden sind. Bislang erhalten die Betroffenen oft Herzklappen aus Metall: Diese haben aber den Nachteil, daß die Patienten den Rest ihres Lebens starke Medikamente brauchen, die die Bildung von Blutgerinnseln an den Metallteilen verhindern. Häufig werden auch heute schon Herzklappen von Schweinen eingesetzt; allerdings handelt es sich dabei nur um das nackte Kollagengerüst: Die Klappen sind tot wie Leder und verkalken mit der Zeit, so daß sie ersetzt werden müssen. „Lebende Herzklappen würden sich dagegen ständig selbst regenerieren und könnten bei Kindern sogar mitwachsen“, hofft Bader.
Auf seiner Wunschliste stehen noch weitere Organe. In den nächsten Wochen soll auch das zweite Großprojekt einen neuen Versuchslauf starten – mit einer künstlichen Leber. In den Wandregalen des „Leber-Labors“ lagert ein Stapel dünner Kunststoffplatten. Diese Platten sind Teile des Bioreaktors, der einige Tage bis Wochen die Aufgabe einer menschlichen Leber übernehmen soll. In Kooperation mit dem Hannoveraner Leberspezialisten Michael Manz beteiligt sich Baders Labor an einem weltweiten Wettrennen: Mehr als zwei Dutzend Forschergruppen suchen nach einer Methode, wie man das Blut von Menschen, deren eigene Leber versagt, außerhalb des Körpers reinigen könnte.
Wenn die Leber nicht laufend Giftstoffe aus dem Blut entfernt, ist der Tod des Patienten nur noch durch eine Transplantation abzuwenden. Für eine entsprechende „extrakorporale“ Reinigung benötigt man einen extrem leistungsfähigen Bioreaktor. Bader versucht dazu auf den Kunststoffplatten von der Größe eines DIN A4-Blattes den natürlichen Aufbau des Lebergewebes zu imitieren. Mehrere Zellschichten sollen später das langsam darüberströmende Blutserum reinigen. Ein Reaktor kann aus mehreren Hundert solcher Platten bestehen. Die bisherigen Erprobungen im Tierversuch seien alle positiv verlaufen, sagt Bader. Medikamente entgifte das System fast so wirksam wie eine echte Leber.
Es könnte Patienten mit akutem Leberversagen die Transplantation ersparen, indem es deren eigener Leber Zeit verschafft, sich zu erholen. „Der Bioreaktor könnte aber auch eine große Zahl von Tierversuchen ersetzen“, sagt Bader. So ließe sich damit untersuchen, wie der Stoffwechsel des Körpers neue Medikamente umbaut.
Sind die Forscher bereits auf dem Weg, eine „echte“ Leber zu züchten? Bader wiegelt ab: „Dazu fehlen noch die Voraussetzungen.“ Für die Arbeit eines Organs sei die dreidimensionale Feinstruktur und das Zusammenspiel verschiedener Zellen fast genauso wichtig wie die Fähigkeiten der einzelnen Zellen. Die Zellen in 100 Gramm Leber würden ausgebreitet eine Fläche von zehn Quadratmetern bedecken; der Hannoveraner Bioreaktor benötigt dazu 100 Platten, die aufeinandergestapelt soviel Platz wie ein Kühlschrank einnehmen. Um ein Organ aus den Zellen eines Erwachsenen zu züchten, würde man zudem auch ein Gerüst brauchen, das die Zellen in der richtigen Anordnung hält.
In Hannover will man keine Prognosen abgeben, was künftig alles möglich sein wird. Doch das Tempo des Fortschritts verschlägt derzeit selbst Fachleuten den Atem. So ist es amerikanischen Forschern kürzlich gelungen, Embryozellen mehrere Monate in Kulturschalen am Leben zu halten. Diese haben das Potential, sich zu jeder Art von Körperzelle zu entwickeln (SZ, 6. 11. 98): Möglich wäre damit theoretisch die Zucht menschlicher Herzzellen. Da man aber noch nicht weiß, wie man die unsterblichen Embryozellen in Herzellen umwandelt, ist Bader noch skeptisch.
Ein Blick in sein Büro zeigt, daß er für
die nächste Zeit genug andere Arbeit zu erledigen
hat. Der kleine Raum ist bis unter die Decke mit
Aktenordnern zugestellt, auf den Tischen stapeln sich
Papierberge. Und obwohl es bereits eng ist, hat er noch
sein Mountainbike hinter dem Schreibtisch untergebracht.
Wie gesagt, ein leichter Hang zur Unordnung scheint ein
treuer Begleiter guter Wissenschaft zu sein.
KLAUS KOCH
Wiedergabe mit freundlicher Erlaubnis des Autors