Science
16.12.2013

Österreicher züchtet Organe im Bioreaktor

Der österreichische Chirurg Harald Ott revitalisiert im Bioreaktor Organe und steht kurz davor, die Transplantationsmedizin zu revolutionieren.

Hunderte Rattenherzen hatte Harald Ott in seinem Labor aufgehängt, um die perfekte Flüssigkeit zum Isolieren von Erbgut zu finden. „Ich hab praktisch alle Chemikalien ausprobiert, die mir zur Verfügung standen“, erzählt der Transplantationsmediziner im futurezone-Interview. Eine normale Seifenlösung war schließlich jene Flüssigkeit, die Ott gesucht hat. „Seife wäscht die Zell-Strukturen aus einem Organ am besten aus“, so der Arzt.

Medizinische Revolution

Die aufwendige Arbeit hat sich gelohnt: Der 36-jährige Tiroler ist drauf und dran, die Transplantationsmedizin zu revolutionieren. Seit 2008 arbeitet er an einem Verfahren, mit dem man biologische Organe künstlich, also außerhalb des Körpers, herstellen kann. Am Massachusetts General Hospital in Boston hat der Chirurg mittlerweile sein eigenes Labor, „the Laboratory for organ engineering und regeneration“. Die Organe aus seinen Bioreaktoren funktionieren bereits - Herzen beginnen zu schlagen, Nieren zu arbeiten - allerdings noch nicht zu 100 Prozent.

Der erste Versuch gelang Ott mit Rattenherzen. Die Organe werden entnommen und mit Seifenlauge ausgewaschen, sodass nur noch ein Gerüst aus Kollagen, im Fachjargon extrazelluläre Matrix (ECM) genannt, übrig bleibt. Dieses Gitter, das noch die Form des ursprünglichen Organs hat, wird mit Zellen „besiedelt“. Danach kommt das Organ in einen Bioreaktor - einen großen Glaszylinder mit angeschlossenem Kontrollsystem - wo die Zellen bei optimalen Verhältnissen mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt werden. 16 große und sechs kleinere Bioreaktoren stehen im Labor des Forschers. Der kleinste ist so kaum größer als eine Coke-Dose, größere haben die Ausmaße eines 60- bzw. 100-Liter-Kühlschranks. „Die zwei Bioreaktoren für menschliche Herzen und Lungen haben wir selbst konstruiert“, erklärt Ott. Ein Bioreaktor kostet, je nach Bauart, zwischen 80.000 und 150.000 Euro.

Das Wachstum der Organe

Im Reaktor wachsen die Zellen und das Organ beginnt wieder zu arbeiten. Das Revitalisieren eines Rattenorgans dauert etwa fünf bis 30 Tage, menschliche Organe brauchen ob ihrer Größe länger. „Wie schnell Organe wachsen, hängt auch von den Zellen ab. Die Rattennieren aus dem Labor erreichen derzeit etwa 23 Prozent der normalen Funktionsleistung“, schildert der Ott. Nach dem Implantieren in Versuchstiere sinkt die Funktionsleistung aber und beträgt unter zehn Prozent. Diesen Wert will das Forscher-Team um den Österreicher heben und tüftelt daran, wie die Zellen das Organ am besten revitalisieren und welche Zellen sich überhaupt am besten eignen. Ob ein gezüchtetes Organ jemals die volle Leistung erbringen kann, steht derzeit noch nicht fest, allerdings reicht etwa im Falle einer Niere bereits eine Funktionsleistung von 20 Prozent aus. Damit könne, so Ott, einem Patienten die Dialyse erspart bleiben.

Klinische Studien am Menschen in zehn Jahren

„Ich wünsche mir keinen Nobelpreis, sondern, dass in etwa zehn Jahren dem ersten Menschen mit einem Organ aus dem Bioreaktor geholfen werden kann“, sagt der Mediziner. Das Ott-Team hat auch schon 40 menschliche Herzen und 20 Lungen reproduziert. Für klinische Studien am Menschen sei es aber noch zu früh, „da müssen wir wohl noch zehn Jahre warten“.

Vorher kommen Großtiere an die Reihe. Anfang 2014 schon werden Versuche gemacht, Schweinen und Schafen Niere, Herz und Lunge einzusetzen. „Ein menschliches Herz muss zu 100 Prozent funktionieren“, so Ott. Es wäre aber schon ein großer Fortschritt, Teile eines Herzes - wie etwa eine Herzklappe - rekonstruieren zu können. „Wenn man einem sechsjährigen Kind heute eine Herzklappe einsetzt, muss diese alle vier Jahre getauscht werden. Eine Herzklappe aus dem Bioreaktor würde mitwachsen.“

Hoffnungen der US-Politik

Die Politik in den USA setzt jedenfalls große Hoffnungen in Otts Forschungen. Bereits 2011 wurde er mit dem „New Innovator Award“ der US-Gesundheitsbehörde NIH (National Institutes of Health) ausgezeichnet und erhielt 1,5 Millionen Dollar für seine Forschungsarbeit.

Organ-Engineering soll längerfristig eine Alternative zur Transplantation werden. Weltweit warten Millionen Menschen auf passende Nieren, Herzen oder Lungen. 5237 Menschen sind im Jahr 2009 allein in den USA gestorben, weil sie kein Spenderorgan erhalten haben. Gelingt Ott der Durchbruch, wäre diese Problem gelöst. Zudem wären auch die Abstoßungs-Reaktionen, die bei Transplantationen auftreten, Geschichte: Die Empfänger künstlicher Organe müssen keine Medikamente zur Unterdrückung des Immunsystems einnehmen.

Mehrfach Ausgezeichnet

Im Oktober bekam Ott im Rahmen der jährlich stattfindenden „Austrian Science Talks“, bei denen österreichische Wissenschaftler in den USA über Rückkehrmöglichkeiten und Chancen in Österreich aufgeklärt werden, einen Ascina-Award. Die Preise sind vom Wissenschaftsministerium gesponsort und vom Netzwerk „Austrian Scientists and Scholars in North America“ (ASCINA) ausgeschrieben und werden an Forscherinnen und Forscher vergeben, die sich durch exzellente wissenschaftliche Arbeiten hervorgetan haben. Ott wurde in der Kategorie „Principal Investigator“ für seine im Magazin „Nature“ publizierten Erfolge bei der biotechnischen Züchtung einer künstlichen Niere ausgezeichnet.

Harald Ott

Ausgebildet wurde Ott an der Medizinuniversität Innsbruck, „ich bin relativ früh in die USA gegangen, um dort forschen zu können“, sagt er. In Österreich sei ein Projekt wie die Forschung an künstlichen Organen sowohl aus finanziellen wie auch aus Ausstattungsgründen kaum möglich. „Den Modus operandi, also wie ich an Projekte herangehe, habe ich aus Innsbruck mitgenommen“, bricht Ott eine Lanze für die Ausbildung in Österreich.