Hilfe für Bypass-Patienten

Wissenschaftler an der Yale University haben künstliche Blutgefäße entwickelt, die eine lange Lebensdauer bei problemloser Verträglichkeit versprechen. Solche Gefäße könnten eines Tages etwa Patienten bei Bypass-Operationen am Herzen helfen - aber auch bei der Dialyse und anderen Eingriffen, für die Gefäßersatz gebraucht wird

Bei typischen Bypässen verwenden Chirurgen Venen aus dem Bein des Patienten und nutzen diese, um das Blut um die blockierten Arterien herumzuleiten. Doch nicht immer lassen sich passende Venen finden - besonders bei Patienten, die bereits zuvor eine entsprechende Operation hatten, beleibt sind oder an Diabetes leiden. "Ich habe oft im Operationssaal mit ansehen müssen, wie Chirurgen im Bein eines Patienten herumsuchen mussten, um passende Adern zu finden", sagt Laura Niklason, die das Yale-Projekt als Forschungsleiterin anführte und als Anästhesistin und Ingenieurin für Biomedizin arbeitet. Der Beineinschnitt mache den Patienten zumeist mehr Probleme als der in der Brust. Niklason und ihr Team entwickelten deshalb nun eine Alternative, bei der menschliche Spenderzellen verwendet werden, um eine Kollagenmatrix aufzubauen. Diese werden dann entfernt, so dass das Endprodukt azellulär ist.

"Das ist ein enorm wichtiger und kreativer Ansatz", meint Robert Langer, ein renommierter Ingenieur und Institutsprofessor am MIT, deren Fellow Niklason von 1995 bis 1998 war. "Sie nutzt dabei einige der Dinge aus, die nur Zellen tun können, obwohl dann zellenloses Material dabei herauskommt."

Niklason entwickelte die neuen Gefäße mit der Firma Humacyte, die sie 2004 selbst gründete. Zusammen mit ihrem Team setzte sie Zellen aus einer Gewebebank auf ein biologisch abbaubares Gerüst, das die Form von Röhren verschiedener Durchmesser hat. Die Zellen legten bei ihrem Wachstum eine Kollagenmatrix an. Nach rund acht Wochen wurden die Zellen weggewaschen - Ergebnis waren Röhren aus azellulärem Material. Die Theorie geht nun so: Werden diese Gefäße beim Menschen implantiert, würden sie von den eigenen Endothel-Zellen des Patienten neu bevölkert, was die Wahrscheinlichkeit von Blutgerinnseln reduziert. Doch noch ist unklar, wie sich das Material im Körper wirklich verhält.

Die Wahrscheinlichkeit, dass es kompatibel mit Blut und anderem Gewebe ist, gilt allerdings als groß, weil zum Aufbau menschliche Zellen verwendet wurden. Dank dem zellenlosen Endstadium dürfte es aber zu keiner Immunantwort kommen. Auch dürfte die Technik lange haltbar sein - auch im Gefrierschrank des Herstellers.

Die genauen Eigenschaften des Gefäßersatzes hat Niklason bislang mit Zellen von Hunden, Schweinen und Menschen getestet. Implantiert wurde das Material aber nur bei Tieren: "Beim Menschen muss sie noch einen Nachweis führen", sagt Robert Nerem, Direktor des "Parker H. Petit Institute for Bioengineering and Bioscience" am Georgia Institute of Technology. "Trotzdem halte ich das, was sie macht, für sehr spannend."

Synthetische Materialien wie Teflon oder Dacron werden bereits bei Bypässen verwendet, doch sie sind nur bei großen Gefäßen wie der Aorta hilfreich. Für engere Adern wie Herzarterien sind sie nicht zu gebrauchen, weil ihr kleiner Durchmesser leicht Blutgerinnsel verursacht. Langer glaubt, dass das bei Niklasons Produkt nicht der Fall wäre, weil es die Umgebung nachbilde, mit dem das Blut normalerweise zu tun habe.

Ein anderer experimenteller Ansatz, um Blutgefäße "on demand" wachsen zu lassen, nutzt die Zellen des Patienten selbst als Ausgangsmaterial. Forscher bei Cytograft in Kalifornien zeigten bereits, wie sie Gefäßersatz mit dieser Strategie herstellen konnten. Eine kleine Zahl von Dialyse-Patienten außerhalb Amerikas wurde damit laut einem Paper im "New England Journal of Medicine" bereits behandelt - das Material erhöht den Blutfluss, während sie an der Maschine angeschlossen sind.

Die künstlichen Gefäße von Cytograft versprechen einen hohen Grad an Kompatibilität, weil sie aus den eigenen Körperzellen hergestellt werden. Doch es dauert heute noch sechs bis neun Monate, bevor sie gewachsen sind. Auch sind die Kosten enorm hoch, was sie womöglich für Durchschnittsoperationen unpraktikabel macht. Für die breiten Patientengruppen, die ein solches Produkt bräuchten, reichten nicht die großen Unikliniken aus, meint Nerem. "Das muss auch in den Ortskrankenhäusern, im ganzen Gesundheitssystem verfügbar sein. Damit das funktioniert, muss es zu einer Massenproduktion kommen."

Niklasons Technik wäre effizienter und billiger, wie Langer meint. Auch Cytograft verfolgt derzeit einen Weg, um mit Spenderzellen zu ähnlichen Ergebnissen zu kommen.

Bislang haben Niklason und ihr Team den Ansatz vor allem bei Hunden getestet. Mit Hilfe von Weichmuskelzellen schufen sie ein entsprechendes Material und implantierten es in neun chirurgischen Prozeduren: Zwei Herzgefäße, drei Arterienkorrekturen und vier Halsschlagader-Bypässe. Bei einem der Hunde gab es ein Blutgerinnsel, so dass das Ersatzgefäß nach rund einer Woche entfernt werden musste. Bei den anderen Tieren gab es keine Komplikationen und die künstliche Technik funktionierte auch bis zu ein Jahr lang noch, erläuterten Niklason und ihr Team vor der American Heart Association. In der Zwischenzeit gelang auch die Herstellung von Gefäßen aus menschlichen Zellen, die dann bei verschiedenen Pavianen eingesetzt wurden - diese Daten sind aber noch nicht öffentlich.

Niklas und ihr Team müssen nun die aus menschlichen Zellen gewonnenen Blutgefäße bei größeren Tieren über einen längeren Zeitraum testen. Ziel ist eine Zulassung der US-Gesundheitsaufsicht, um dann weiter in klinischen Studien am Menschen zu arbeiten. Geplant ist dies in den nächsten zwei Jahren.

Eine weitere Herausforderung ist dann die tatsächliche Massenproduktion, damit die künstlichen Blutgefäße effizient in größeren Mengen hergestellt werden könen. "Wir müssen einfach sehen, was daraus wird", meint Nerem. Niklason und ihr Team hätten jedenfalls noch viel Arbeit vor sich. (bsc)