Ein Gerät von der Größe einer Getränkedose könnte Menschen, die eine Lungentransplantation benötigen, Zeit verschaffen.
Menschen, die eine Lungentransplantation benötigen, können nur warten und hoffen, dass rechtzeitig ein Spenderorgan zur Verfügung steht. Doch allzu oft läuft die Zeit ab.
Als Reaktion auf den kritischen Mangel an Spenderorganen in den Vereinigten Staaten haben sich Forscher daran gemacht, künstliche Organe zu entwickeln, die als "Brücke" zur Transplantation dienen könnten. Ein solches Gerät ist die BioLung, die bald an Menschen getestet werden könnte.
Dr. Robert Bartlett, Chirurg am University of Michigan Medical Center, leitet die Forschung zur BioLung, und das Unternehmen Michigan Critical Care Consultants (MC3) in Ann Arbor, Michigan, stellt das Gerät her. Bartlett ist in diesem Bereich sehr bekannt: Ihm wird die Erfindung der aktuellen Generation von künstlichen Beatmungsgeräten zugeschrieben.
Acht Jahre lang hat das Team aus Ann Arbor mit Unterstützung von Wissenschaftlern anderer Universitäten versucht, ein Gerät zu entwickeln, das das kann, was die heutigen Geräte nicht können: den Sauerstoffbedarf eines Patienten zu 100 % durch die eigene Pumpleistung des Herzens decken. "Wir haben acht Jahre gebraucht, um diese Anforderungen zu erfüllen", sagt Scott Merz, Präsident von MC3.
Das heute in Krankenhäusern eingesetzte System ist als ECMO (extrakorporale Membranoxygenierung) bekannt. ECMO-Geräte übernehmen die Funktionen von Lunge und Herz, pumpen Blut und tauschen Kohlendioxid gegen Sauerstoff außerhalb des Körpers aus. Bartlett sagt, dass die ECMO gut für Patienten geeignet ist, die aufgrund von Infektionen wie Lungenentzündung oder Traumata wie Rauchinhalation ein Atemversagen erlitten haben. Sie müssen nur kurz an der Maschine bleiben, bis ihre Lungen ausreichend geheilt sind, um wieder normal atmen zu können.
Langfristige Probleme
Die ECMO ist zwar eine kurzfristige Lebensrettung, aber nicht für eine langfristige Anwendung geeignet. Viele Menschen, deren Lungen in so schlechtem Zustand sind, dass sie eine Transplantation benötigen - wie z. B. Patienten mit schwerem Emphysem, Mukoviszidose und Lungenfibrose - überleben nicht lange genug mit ECMO, um ein Spenderorgan zu finden.
Damit das Blut durch die Maschine fließt, ohne zu gerinnen, erhalten die Patienten ein blutverdünnendes Medikament. Das Blutverdünnungsmittel kann Blutungen verursachen. Wenn sich Blutgerinnsel bilden, können sie das Gehirn und andere lebenswichtige Organe schädigen. Darüber hinaus schädigen die bei der ECMO verwendeten mechanischen Pumpen laut Merz die roten Blutkörperchen, die für den Sauerstofftransport zuständig sind.
Die BioLung verwendet jedoch keine mechanische Pumpe, und das Blut verlässt auch nicht den Körper. Sie ist etwas größer als eine Getränkedose und wird in die Brust implantiert. Das Herz des Patienten pumpt das Blut in das Gerät, das mit hohlen Kunststofffasern gefüllt ist, die mit so winzigen Löchern versehen sind, dass nur Gasmoleküle durch sie hindurchtreten können. Während das Blut durch die Fasern gefiltert wird, entweicht Kohlendioxid durch die Löcher und wird durch Sauerstoff aus der Umgebungsluft ersetzt. Anschließend kann das Blut direkt zum Herzen zurückgeführt werden, um in den restlichen Körper gepumpt zu werden, oder es kann zunächst eine Runde durch die Lunge des Patienten drehen.
Es gibt Vor- und Nachteile in beiden Fällen: Das Blut durch die Lunge zu leiten, kann helfen, Blutgerinnsel herauszufiltern, da die Lunge von Natur aus dazu in der Lage ist. Außerdem kann die frische Zufuhr von Sauerstoff zum Lungengewebe dessen Heilung unterstützen. Allerdings wird dadurch das Herz stärker belastet, was das Risiko einer Herzinsuffizienz erhöht. Wenn das Blut stattdessen direkt zum Herzen geleitet wird, können die künstliche Lunge und die natürliche Lunge gemeinsam atmen. Dadurch könnten jedoch Gerinnsel in den Blutkreislauf gelangen.
Die BioLung ist nicht als lebenslanger Ersatz für eine kranke Lunge gedacht. Im besten Fall hoffen die Forscher, denjenigen, die auf eine Transplantation warten, Zeit zu verschaffen und ihnen ein relativ normales Leben zu ermöglichen, während sie warten, anstatt an ein schweres lebenserhaltendes Gerät gefesselt zu sein.
Klinische Versuche
Nach fast einem Jahrzehnt am Reißbrett "sehen wir uns jetzt an, was wir als endgültige Designänderungen betrachten", sagt Merz. Klinische Versuche könnten in ein bis zwei Jahren anlaufen. Die National Institutes of Health haben Bartlett kürzlich 4,8 Millionen Dollar für die Fortsetzung der Forschung bewilligt.
Die ersten Tierversuche waren vielversprechend. In der jüngsten Studie testete der Forscher Joseph Zwischenberger, MD, von der University of Texas die BioLung an Schafen, deren Lungen durch das Einatmen von Rauch schwer verbrannt worden waren. Sechs der acht Schafe, die mit der BioLung beatmet wurden, überlebten fünf Tage, während nur eines von sechs Schafen, die ein externes Beatmungsgerät erhielten, so lange überlebte.
In der Zwischenzeit hat Bartlett das Wasser für zukünftige Versuche am Menschen getestet. "Wir wollten sehen, was die Transplantationszentren denken", sagt er. Also schickte er ihnen eine Umfrage.
Einunddreißig Transplantationszentren beantworteten die Umfrage - und diese waren 1999 für 72 % aller Lungentransplantationen in den Vereinigten Staaten verantwortlich. Die meisten gaben an, dass sie es begrüßen würden, wenn die BioLung 30 Tage lang an weniger als 25 Tieren untersucht würde, bevor sie das Gerät an Menschen testen. Fast alle sagten, sie würden eine klinische Studie unterstützen und daran teilnehmen.
"Die FDA hätte das letzte Wort", sagt Bartlett. "Dies ist nur ein Anfang."
Eine einmonatige Studie an zwei Dutzend Tieren mag voreilig erscheinen, aber die Lage ist ernst. Letztes Jahr erhielten 1.054 Menschen eine Lungentransplantation, aber 477 starben auf der Warteliste. Im August dieses Jahres warteten immer noch 3 797 Menschen darauf, einen Spender zu finden.
Die meisten Transplantationszentren, die auf Bartletts Umfrage geantwortet haben, sind der Meinung, dass das Gerät zunächst an Menschen mit idiopathischer (d. h. "unbekannter Ursache") Lungenfibrose getestet werden sollte. Von den kränksten dieser Patienten überleben nur wenige länger als drei Monate.
