Anthony Atala über das Züchten neuer Organe

Dieses Bild hängt in der Countway Library der medizinischen Fakultät Harvard. Es zeigt die erste Organtransplantation überhaupt. Im Vordergrund sehen Sie Joe Murray, wie er einen Patienten für die Transplantation vorbereitet, während Hartwell Harrison, der Leiter der Urologie in Harvard, im Hinterzimmer dabei ist, eine Niere zu entnehmen. Ja, die Niere war das erste Organ, das je einem Menschen transplantiert wurde.

Das geschah 1954. Vor 55 Jahren gab es immer noch eine Menge derselben, schon Jahrzehnte währenden Herausforderungen. Sicherlich viele Fortschritte, viele gerettete Leben. Doch besteht großer Mangel an Organen. Im vergangenen Jahrzehnt hat sich die Zahl der Patienten, die auf eine Transplantation warten, verdoppelt. Gleichzeitig ist die tatsächliche Anzahl an Transplantaten jedoch nahezu gleich geblieben. Das hat mit dem Altern unserer Bevölkerung zu tun. Wir werden einfach älter. Die Medizin leistet bessere Arbeit dabei, uns am Leben zu erhalten. Beim Altern neigen unsere Organe häufiger zum Versagen.

Das ist eine Herausforderung, nicht nur im Hinblick auf Organe sondern auch im Hinblick auf Gewebe. Wir versuchen, den Pankreas zu ersetzen, oder Nerven, die uns bei Parkinson helfen können. Das sind große Probleme. Hier ist eine sehr beeindruckende Statistik. Alle 30 Sekunden stirbt ein Mensch an einer Krankheit, die mit der Regeneration oder dem Ersatz von Gewebe behandelt werden könnte. Was können wir dagegen tun? Wir haben heute Abend über Stammzellen gesprochen. Das ist eine Möglichkeit. Es ist mmer noch schwierig, die Stammzellen in die Patienten hineinzukriegen, hinsichtlich der eigentlichen Organtherapien.

Wäre es nicht großartig, wenn sich unsere Körper regenerieren könnten? Wäre es nicht großartig, wenn wir tatsächlich die Kraft unserer Körper zur Selbstheilung nutzen könnten? In der Tat ist dieses Konzept so abwegig nicht; das passiert jeden Tag auf dieser Erde. Dieses Bild zeigt einen Salamander. Sie haben diese erstaunliche Fähigkeit zur Selbstregeneration. Schauen Sie sich diesen kleinen Film an. Dieser Salamander hat ein verletztes Glied. Das ist sogar echte Fotografie, im Zeitraffer, die zeigt, dass sich das Glied innerhalb weniger Tage regeneriert. Sie sehen, wie sich eine Narbe bildet. Und aus dieser Narbe wächst wahrhaftig ein neues Glied.

Salamander können es also. Warum nicht wir? Warum können Menschen sich nicht regenerieren? Aber genau das können wir. Unser Körper hat viele Organe und jedes einzelne Organ in unserem Körper hat eine Zellpopulation, die zur Übernahme bereit ist, sobald wir eine Verletzung erleiden. Das passiert jeden Tag. Wenn wir altern, wenn wir älter werden, regenerieren sich unsere Knochen alle 10 Jahre. Unsere Haut regeneriert sich alle 14 Tage. Folglich regeneriert sich unser Körper ständig. Die Herausforderung geschieht, wenn wir uns verletzen. Zum Zeitpunkt der Verletzung oder Erkrankung ist die erste Reaktion die Abschottung vom Rest des Körpers. Im Grunde möchte der Körper die Infektion abwehren, und sich versiegeln; ob es sich nun um innere Organe handelt, oder die Haut, als erste Reaktion tritt Narbengewebe auf, um sich vom Äußeren abzuschotten..

Wie können wir nun diese Kraft nutzen? Eine Möglichkeit, die wir haben, ist die Nutzung intelligenter Biomaterialien. Wie funktioniert das? Hier links sehen Sie eine verletzte Urethra. Das ist der Kanal, der die Blase mit dem Körperäußeren verbindet. Und Sie sehen, dass er verletzt ist. Im Grunde haben wir herausgefunden, dass sich diese intelligenten Biomaterialien als Brücke verwenden lassen. Wenn man diese Brücke baut und vom Äußeren abschließt, lässt sie sich bauen und Zellen, die sich in Ihrem Körper regenerieren, können sie überqueren und ihren Weg gehen.

Genau das sehen Sie hier. Hier ist eines der intelligenten Biomaterialien, mit denen wir diesen Patienten behandelt haben. Hier links sahen Sie eine verletzte Urethra. Wir benutzten das Biomaterial in der Mitte. Und hier rechts sehen Sie, was sechs Monate später passiert ist, die technisch angepasste Urethra. Unser Körper kann sich also regenerieren, jedoch nur auf geringen Flächen. Die größte effiziente Distanz für die Regeneration beträgt nur etwa einen Zentimeter. Wir können diese intelligenten Biomaterialien nutzen, aber nur für etwa einen Zentimeter zur Überbrückung solcher Lücken.

Wir regenerieren also wirklich, aber nur auf begrenzte Distanzen. Was tun wir aber, wenn größere Organe verletzt sind? Was tun wir, wenn wir Verletzungen an Strukturen haben, die weit größer sind, als einen Zentimeter? Dann können wir mit dem Einsatz von Zellen beginnen. Wenn ein Patient mit einem erkrankten oder verletzten Organ zu uns kommt, gilt die folgende Strategie: Man kann ein winzig kleines Stück dieses Organs entnehmen, kleiner als eine halbe Briefmarke, man kann das Gewebe auseinanderklauben, sich seine Grundbestandteile anschauen, die eigenen Zellen des Patienten; man kann diese Zellen entnehmen, sie außerhalb des Körpers in großen Mengen züchten und ausdehnen und dann benutzen wir Gerüstmaterialien.

Mit nacktem Auge sehen sie aus wie ein Stück Ihrer Bluse oder Ihres Hemds, aber eigentlich sind diese Materialien ganz schön komplex und sie sind so entwickelt worden, dass sie im Körper zerfallen. Sie lösen sich innerhalb einiger Monate auf. Sie dienen nur als Mittel zur Zelllieferung. Sie bringen die Zellen in den Körper. Sie ermöglichen es, den Zellen, neues Gewebe zu bilden, und sobald sich das Gewebe regeneriert hat, verschwindet das Gerüst.

Genau das haben wie mit diesem Stück Muskel getan. Hier sehen Sie ein Stück Muskel und wie wir mit den Strukturen verfahren, damit wir den Muskel technisch entwickeln können. Wir nehmen die Zellen, dehnen sie aus, wir platzieren die Zellen auf dem Gerüst, und danach fügen wir dem Patienten das Gerüst ein. Doch noch bevor wir dem Patienten das Gerüst einsetzen, trainieren wir es. Wir möchten sicherstellen, dass wir den Muskel so konditionieren, dass er weiß, was er zu tun hat, sobald wir ihn dem Patienten einpflanzen. Das sehen Sie hier. Sie sehen, wie dieser Bioreaktor den Muskel tatsächlich durch Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen trainiert.

Okay. Was Sie hier sehen, sind flache Strukturen, der Muskel. Was ist mit anderen Strukturen? Hier ist ein technisch angefertigtes Blutgefäß. Fast wie vorher, nur etwas komplexer. Hier nehmen wir das Gerüst und im Grunde -- kann das Gerüst wie dieses Stück Papier hier sein. Dann können wir es zu einer Röhre formen. Bei der Anfertigung eines Blutgefäßes nutzen wir dieselbe Strategie. Ein Blutgefäß besteht aus zwei verschiedenen Zelltypen. Wir nehmen Muskelzellen, wir überkleben oder ummanteln das Äußere mit diesen Muskelzellen, in etwa wie eine Schichttorte backen, wenn Sie so wollen.

Die Muskelzellen kommen nach außen. Die Zellwände der Blutgefäße kommen nach innen. Jetzt haben wir ein voll bestücktes Gerüst. Das ganze stellt man in ein ofenähnliches Gerät, das dieselben Bedingungen wie der menschlicher Körper hat, 37 Grad Celsius, 95 Prozent Sauerstoff. Dann wird es trainiert, wie Sie es in dem Video gesehen haben.

Hier rechts sehen Sie eine technisch angefertigte Karotis. Das ist die Arterie, die von Ihrem Nacken ins Gehirn führt. Und dieses Röntgenbild zeigt das patentierte, funktionale Blutgefäß. Komplexere Strukturen wie Blutgefäße, Harnröhren, die ich Ihnen gezeigt habe, sind definitiv komplexer, weil sie aus zwei verschiedene Zelltypen bestehen. Tatsächlich treten sie jedoch meistens als Kanäle auf. Im stabilen Zustand lassen sie Flüssigkeiten oder Luft durchgehen. Sie sind nicht annähernd so komplex wie Hohlorgane. Hohlorgane sind wesentlich komplexer, weil man diese auf Anfrage handeln lassen muss.

Die Blase etwa ist ein solches Organ. Dieselbe Strategie, wir nehmen ein winziges Stück Blase, kleiner als eine halbe Briefmarke, Wir klauben das Gewebe auseinander, teilen es in zwei kleine individuelle Zellkomponenten, in Muskeln und spezialisierte Blasenzellen. Wir züchten die Zellen außerhalb des Körpers in großen Mengen. Das Züchten der Zellen aus den Organen dauert etwa vier Wochen. Dann geben wir diesem Gerüst die Form einer Blase. Das Innere überziehen wir mit diesen Blasenwandzellen. Das Äußere überziehen wir mit diesen Muskelzellen. Wir stellen es dann zurück in dieses ofenähnliche Gerät Sechs bis acht Wochen nach der Gewebeentnahme kann man das Organ einfach zurück in den Patienten stecken.

Hier sehen wir das Gerüst. Das Material wird gerade mit den Zellen überzogen. Als wir den ersten klinischen Versuch für diese Patienten durchführten, fertigten wir für jeden Patienten ein individuelles Gerüst an. Sechs bis acht Wochen vor dem Operationstermin brachten wir die Patienten her, machten Röntgenbilder; dann fertigten wir ein spezifischen Gerüst für die Größe der Beckenhöhle an. Für die zweite Versuchsphase hatten wir einfach verschiedene Größen: klein, mittel, groß und extra-groß. (Lachen) Das stimmt. Und ich bin sicher, dass hier alle extra-groß gewollt hätten. Stimmt's? (Lachen)

Blasen sind definitiv etwas komplexer als andere Strukturen. Es gibt jedoch andere Hohlorgane mit weiterer Komplexität. Hier ist eine technisch angefertigte Herzklappe. Und diese Herzklappe wird nach derselben Strategie hergestellt. Wir nehmen das Gerüst und bepflanzen es mit Zellen; und hier sehen Sie, wie sich die Klappensegel öffnen und schließen. Vor der Implantation trainieren wir sie. Dieselbe Strategie.

Am komplexesten sind die soliden Organe. Denn solide Organe sind komplexer, weil man viel mehr Zellen pro Zentimeter benötigt. Hier ist einfaches solides Organ wie das Ohr. Es wir hier mit Knorpel bepflanzt. Das ist das ofenähnliche Gerät; sobald das Ohr ummantelt ist, kommt es da hinein. Einige Wochen später entnehmen wir das Knorpelgerüst.

Was wir hier anfertigen sind tatsächlich Finger. Sie werden geschichtet, eine Schicht auf die andere, erst der Knochen, die Lücken werden mit Knorpel gefüllt. Dann fangen wir an, oben den Muskel hinzuzufügen. Dann fängt man an, diese soliden Strukturen zu schichten. Noch viel komplexere Organe. Mit Abstand die komplexesten soliden Organe sind die hoch vaskularisierten, mit jeder Menge Blutgefäßen versehenen Organe wie Herz, Leber und Nieren. Hier ist ein Beispiel für verschiedene Strategien zur technischen Anfertigung solider Organe.

Das ist eine der Strategien. Wir benutzen Drucker. Anstelle von Tinte nehmen wir -- Sie haben hier gerade eine Tintenpatrone gesehen - einfach Zellen. Das ist ein typischer Drucker. Er ist gerade dabei, ein Doppelkammerherz zu drucken, eine Schicht nach der anderen. Hier sehen Sie, wie das Herz herauskommt. Der Druckvorgang dauert etwa 40 Minuten, und etwa vier bis sechs Stunden später sehen Sie, wie sich die Muskelzellen kontrahieren. (Applaus) Diese Technologie wurde von Tao Ju entwickelt, der in unserem Institut arbeitete. Natürlich ist das alles noch im Experimentierstadium, nicht zur Anwendung bei Patienten.

Eine weitere Strategie, die wir verfolgt haben, ist die Verwendung von dezellularisierten Organen. Wir nehmen ein Spenderorgan, aussortierte Organe, und sehr milde Desinfektionsmittel, um damit alle Zellelemente aus diesen Organen zu entfernen. Links oben zum Beispiel sehen Sie eine Leber. Wir nehmen also die Spenderleber benutzen sehr milde Desinfektionsmittel, und mit diesen milden Desinfektionsmitteln nehmen wir alle Zellen aus der Leber.

Zwei Wochen später können wir praktisch dieses Organ aufheben, es fühlt sich an wie eine Leber, es lässt sich halten wie eine Leber, es sieht aus wie eine Leber, aber es hat keine Zellen. Wenn Sie so wollen, ist alles, was uns geblieben ist, das Skelett einer Leber, ganz aus Collagen, ein körpereigenes Material, das nicht abgestoßen wird. Wir können es bei jedem Patienten benutzen. Wir nehmen dann diese vaskuläre Struktur und können beweisen, dass wir den Vorrat an Blutgefäßen beibehalten.

Hier können Sie es durch die Flouroskopie sehen. Wir spritzen Kontrastmittel in das Organ. Sie sehen, wie es anfängt. Wir spritzen das Kontrastmittel in das Organ, in die dezellularisierte Leber. Und Sie können den intakt gebliebenen Gefäßverlauf sehen. Dann nehmen wir die Zellen, die vaskulären Zellen, Blutgefäßzellen, wir durchspülen den Gefäßverlauf mit den eigenen Zellen des Patienten. Wir durchspülen die Außenseite der Leber mit den eigenen Leberzellen des Patienten. Und so schaffen wir eine funktionstüchtige Leber. Das ist noch im Experimentierstadium. Aber experimentell können wir tatsächlich die Funktionalität der Leberstruktur reproduzieren.

Für die Niere, die ich Ihnen bereits auf dem Bild zu Anfang gezeigt hatte, gilt, dass 90 Prozent auf der Warteliste für ein Transplantat auf eine Niere warten, 90 Prozent. Eine andere Strategie, der wir nachgehen, ist die Herstellung von Scheiben, die aufeinander gestapelt werden, wie ein Akkordeon, wenn Sie so wollen. Also stapeln wir diese Scheiben mit Nierenzellen aufeinander. Und hier sehen Sie diese Miniaturnieren, die wir technisch angefertigt haben. Sie stellen tatsächlich Urin her. Bei kleinen Strukturen ist die Frage, wie man sie vergrößern kann. Und daran arbeiten wir jetzt im Institut. An dieser Stelle möchte ich für Sie eine der Strategien zusammenfassen, die wir in der regenerativen Medizin verfolgen.

Wenn es irgendwie möglich ist, möchten wir am liebsten, mit der Nutzung intelligenter Biomaterialien beginnen, die wir einfach von der Stange nehmen, und Ihre Organe damit regenerieren. Was die Größe angeht, sind wir im Moment eingeschränkt, aber unser eigentliches Ziel ist es, diese Flächen mit der Zeit zu vergrößern. Wenn wir keine intelligenten Biomaterialien verwenden können, würden wir lieber Ihre eigenen Zellen benutzen.

Warum? Weil die nicht abgestoßen werden. Wir können Ihnen Zellen entnehmen, eine Struktur schaffen, diese in Ihren Körper einsetzen, sie wird nicht abgestoßen. Und wenn möglich möchten wir die Zellen des betreffenden Organs benutzen. Wenn Sie mit einer kranken Luftröhre erscheinen, dann möchten wir Zellen aus Ihrer Luftröhre. Wenn Sie mit einem kranken Pankreas erscheinen, möchten wir Zellen von diesem Organ.

Warum? Wir möchten nämlich lieber Zellen nehmen, die bereits wissen, was sie zu tun haben. Eine Luftröhrenzelle weiß, dass sie eine Luftröhrenzelle ist. Wir müssen ihr nicht beibringen, ein anderer Zelltyp zu sein. Wir ziehen also organspezifische Zellen vor. Und heute können wir Zellen von fast jedem Organ in Ihrem Körper bekommen, außer denen, für die wir noch Stammzellen brauchen, wir Herz, Leber, Nerven und Pankreas. Dafür brauchen wir immer noch Stammzellen. Wenn wir keine Stammzellen aus Ihrem Körper benutzen können, möchten wir Stammzellen von einem Spender. Wir bevorzugen Zellen, die nicht abgestoßen werden und keine Tumore bilden.

Und wir arbeiten gerade viel mit Stammzellen, über die wir vor zwei Jahren geschrieben hatten, Stammzellen aus Fruchtwasser, und der Plazenta, die diese Eigenschaften haben. An dieser Stelle möchte ich Ihnen von unseren größten Herausforderungen erzählen. Wissen Sie, wenn ich Ihnen hier diese Präsentation zeige, sieht alles so gut aus, alles funktioniert. Nicht wirklich, diese Technologien funktionieren nicht so einfach. Die Arbeit, die Sie heute gesehen haben, wurde an unserem Institut teilweise von mehr als 700 Forschern über einen Zeitraum von 20 Jahren geleistet.

Das sind knallharte Technologien. Hat man einmal die Formel richtig hin bekommen, kann man sie vervielfältigen. Aber dazu braucht es einiges. Ich zeige immer gern diesen Cartoon. So hält man eine durchgegangene Kutsche auf. Hier sehen Sie den Kutscher er geht, ganz oben, er geht A, B, C, D, E, F. Schließlich stoppt er die durchgegangene Kutsche. Und das sind gewöhnlich die Grundlagenforscher. Unten sind gewöhnlich die Chirurgen. (Lachen) Da ich selbst Chirurg bin, finde ich das gar nicht so witzig. (Lachen)

Aber eigentlich ist A die korrekte Methode. Was ich damit meine, ist, dass wir uns immer, wenn wir eine dieser Technologien klinisch umgesetzt haben, absolut vergewissert haben, dass wir im Labor alles getan haben, was wir können, bevor wir diese Technologien je an Patienten anwenden. Und wenn wir diese Technologien bei Patienten einsetzen, vergewissern wir uns, indem wir uns eine sehr schwierige Frage stellen. Würden wir das unseren Lieben einsetzen, unseren eigenen Kindern, oder Familienmitgliedern, und dann schreiten wir zur Tat. Denn unser Hauptziel ist natürlich, an erster Stelle, keinen Schaden zu verursachen.

Ich werde Ihnen jetzt ein kurzes Video vorspielen. Ein 5-Sekunden-Video von einer Patientin, die eines dieser technisch angefertigten Organe erhalten hatte. Vor mehr als 14 Jahren fingen wir an, einige dieser Strukturen zu implantieren. Es gibt schon Patienten, die heute mit technisch angefertigten Organen herumlaufen, und das seit über 10 Jahren. Ich zeige Ihnen nun ein Video über eine junge Frau. Sie hatte eine Spina bifida, eine Anomalie des Rückenmarks. Sie hatte keine normale Blase. Das ist ein Ausschnitt von CNN. Wir brauchen nur fünf Sekunden. Es war Sanjay Gupta, der für diesen Ausschnitt zuständig war.

Video: Kaitlyn M: Ich bin froh. Ich hatte immer Angst, dass mir ein Unfall oder so was passieren könnte Jetzt kann ich einfach los ziehen und mit meinen Freunden ausgehen und machen, wozu ich gerade Lust habe.

Anthony Atala: Sie sehen also, dass die regenerative Medizin letzten Endes eine einzige Hoffnung bringt, ganz einfach, dass es unseren Patienten besser geht. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. (Applaus)