[2023 „Wettbewerb zur Popularisierung der Wissenschaft in China für die Schaffung von Jugendstars“] Neues Herz · Selbstvertrauen

Die Gewinnerarbeiten des „China Science Popularization Star Creation Competition“ 2023 sind: Xiang Xin, Lin Yuhan, Guan Xin, Chen Yijia, Long Huan, Zeng Yongwei, Zhang Caini

Wenn sich Patienten einer Herztransplantation unterziehen müssen, ist ihre Herzfunktion oft sehr schlecht und in den meisten Fällen liegt ein Problem mit dem Myokard des Patienten vor. Das Herz ist wie der Motor des menschlichen Körpers. Bei kleineren Problemen mit dem Motor können wir ihn durch die Verwendung von Motoröl oder kleinere Reparaturen funktionsfähig halten. Wenn der Motor jedoch schwer beschädigt ist und nicht repariert werden kann und jederzeit ausfallen könnte, können wir den Motor nur austauschen. Dasselbe gilt für Herztransplantationen. Wenn die Herzerkrankung so schwerwiegend ist, dass sie nicht mit Medikamenten oder einer allgemeinen Operation behandelt werden kann, ist eine Herztransplantation die einzige Lösung.

Die frühesten Beschreibungen von Organtransplantationen lassen sich auf die Mythen des antiken Griechenlands, Roms, Chinas und Indiens zurückführen. Dazu zählen Knochen-, Haut-, Zahn-, Gliedmaßen- und Herztransplantationen. Seit dem 16. Jahrhundert versuchen zahlreiche Mediziner aus unterschiedlichen Ländern und Fachgebieten, Organtransplantationen durchzuführen. Die Erfahrungen dieser Vorgänger legten den Grundstein dafür, dass der südafrikanische Herzchirurg Barnard im Jahr 1967 die erste Herztransplantation in der Geschichte der Menschheit erfolgreich durchführen konnte. Obwohl der Patient nach der Operation nur 18 Tage überlebte, öffnete dies der Menschheit die Tür zur Herztransplantation. Laut Statistik werden weltweit jährlich fast 6.000 Herztransplantationen durchgeführt. Im Jahr 2019 wurden in meinem Land 658 Herztransplantationen durchgeführt. Die Erfolgsrate von Herztransplantationen in meinem Land liegt bei über 95 % und die Überlebensrate im Krankenhaus bei über 90 %. Die Herztransplantation hat in meinem Land sowohl quantitativ als auch qualitativ große Fortschritte gemacht.

Herz aus medizinischer Sicht. Bild aus dem Internet

Das deutlichste Gefühl, das Patienten nach einer Herztransplantation verspüren, ist eine deutliche Linderung der Symptome und eine wesentliche Verbesserung ihrer Lebensqualität. Da Medikamente gegen Abstoßungsreaktionen jedoch zwangsläufig das Immunsystem des Patienten unterdrücken, müssen die Patienten nach der Operation in ihrem Alltag so viel Hygiene wie möglich einhalten, ihre Hände häufig waschen und häufiger desinfizieren, um das Infektionsrisiko zu minimieren. Darüber hinaus müssen Sie nach der Operation einen gesunden Lebensstil pflegen, Blutdruck, Blutzucker und Blutfette kontrollieren, regelmäßige Arbeits- und Ruhezeiten einhalten, sich vernünftig ernähren, Medikamente rechtzeitig einnehmen und die Belastung des Herzens so weit wie möglich reduzieren.

Natürlich gibt es derzeit unvermeidliche Schwierigkeiten bei Herztransplantationen. Obwohl die Zahl der Organspenden nach dem Tod chinesischer Bürger von Jahr zu Jahr zunimmt und China derzeit in Asien den ersten und weltweit den zweiten Platz einnimmt, besteht nach wie vor eine große Lücke bei der Suche nach Herzspendern, und das Angebot an Herzspendern übersteigt die Nachfrage. Dies ist auch eines der aktuellen Probleme bei Herztransplantationen. Zudem ist nach einer Herztransplantation eine Abstoßungsreaktion des Körpers unvermeidlich. Schließlich handelt es sich nicht um ein natürliches Herz und es kann sich nicht wie das ursprüngliche Herz an den Körper anpassen. Es kommt in unterschiedlichem Ausmaß zu Ablehnungsreaktionen. Bei einer schweren Abstoßungsreaktion kommt es durch die Entzündung zu Schäden an anderen Organen und der Patient muss über einen längeren Zeitraum Medikamente gegen die Abstoßung einnehmen. Auch die Folgekosten können für manche Familien unerschwinglich sein.

Nachdem wir nun wissen, was eine Herztransplantation ist, ist es nicht schwer, die Xenotransplantation zu verstehen. Bei dieser Methode wird das Herz einer Tierart in die einer anderen Tierart transplantiert. Im Vergleich zur homologen Transplantation scheint die Xenotransplantation das Problem des Organmangels für Transplantationen zu lösen, allerdings bestehen größere Unterschiede zwischen verschiedenen Spezies und auch die Abstoßungsreaktion ist stärker. Daher ist die Auswahl der Transplantatquelle von entscheidender Bedeutung.

Die ersten Tiere, die einem in den Sinn kommen, sind unsere nächsten Primatenverwandten – Schimpansen, Affen und so weiter. Allerdings sind Primaten aufgrund ihrer geringen Anzahl, der Schwierigkeiten bei der Zucht, der hohen Preise, der geringen Organgröße und potenzieller ethischer Kontroversen nicht die beste Wahl für die Xenotransplantation. Da wir uns nicht auf den „Großen Bruder“ verlassen können, müssen wir unseren „Zweiten Bruder“ Zhu Bajie opfern. Obwohl Schweine und Menschen sehr unterschiedlich aussehen, sind Aufbau und Größe des Schweineherzens denen des Menschen in etwa ähnlich. Der evolutionäre Abstand zwischen Schweinen und Menschen ist genau richtig und es ist unwahrscheinlich, dass die Viren im Schweinegewebe eine Infektion beim Menschen verursachen. Darüber hinaus lassen sich Schweine leicht züchten und in großem Maßstab vermehren. Verschiedene Faktoren haben dazu geführt, dass Wissenschaftler eine besondere Vorliebe für Schweine entwickeln. Inzwischen besteht weltweit Einigkeit darüber, dass Schweine die beste Wahl für eine Xenotransplantation sind.

Am 7. Januar 2022 erhielt David Bennett, ein 57-jähriger Patient mit fortgeschrittener Herzerkrankung, eine Schweineherztransplantation. Er war außerdem der erste Patient in der Geschichte, der eine Schweineherztransplantation erhielt. Dieses Spenderschwein ist überhaupt nicht einfach. In seinem Genom gibt es 10 Genmodifikationen. Darüber hinaus verwendete das Behandlungsteam auch ein experimentelles neues Medikament gegen Abstoßungsreaktionen. Leider fand diese bahnbrechende Operation zwei Monate später mit Bennetts Tod ein vorläufiges Ende.

Seit die Idee zur Xenotransplantation aufkam, standen Wissenschaftler vor zwei Schwierigkeiten: Wie kann die Abstoßungsreaktion überwunden werden? Wie kann man Organe in einer für den Menschen geeigneten Größe halten? Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie haben Wissenschaftler mithilfe der Gen-Editierungstechnologie einige Antworten gefunden: Sie schalteten drei Schweinegene aus, die schnell zu Organabstoßungen führen, sowie ein Gen, das das Wachstum reguliert, und fügten sechs Gene des menschlichen Genoms hinzu, um die Toleranz des Schweineherzens gegenüber dem menschlichen Immunsystem zu erhöhen.

Die Genom-Editierung ist ein „scharfes Messer“, das unbesiegbar zu sein scheint. Doch können durch das Durchschlagen des Gordischen Knotens wirklich alle Probleme gelöst werden? In Wirklichkeit ist die tatsächliche Situation viel komplizierter.

Nehmen wir zum Beispiel Wachstumshormone. Neben der Regulierung des Wachstums hat das Wachstumshormon auch einen wichtigen Einfluss auf die Aufrechterhaltung der normalen Morphologie und Funktion des menschlichen Herzens. Ganz zu schweigen davon, dass es, wenn ein Kind eine Transplantation benötigt, keine Möglichkeit gibt, das Schweineherz nur auf die von uns benötigte Größe wachsen zu lassen? Das Aufkommen von Minischweinen hat uns Hoffnung gegeben.

Darüber hinaus bleibt die Virusinfektion bei der Transplantation von Schweineherzen ein ernstes Problem. Obwohl Forscher daran arbeiten, gentechnische Methoden zu entwickeln, um Schweine zu züchten, die keine Retroviren übertragen, steht dieses Gebiet noch immer vor enormen Herausforderungen. Virusinfektionen sind mittlerweile einer der Hauptgründe für das Versagen von Xenotransplantationen. Das bedeutet, dass wir noch einen langen Weg vor uns haben und noch mehr intensive Forschung und Entwicklung benötigen, um dieses Problem vollständig zu lösen. Obwohl Technologien wie die Genomeditierung uns etwas Hoffnung gegeben haben, sind für eine erfolgreiche Xenotransplantation noch weitere Forschung und Entwicklung erforderlich. Wir müssen uns auf die Behandlung des Problems der Virusinfektion konzentrieren, um sicherzustellen, dass die Xenotransplantation in Zukunft eine sicherere und wirksamere Behandlungsoption sein kann.

Ärzte der University of Maryland School of Medicine führen eine Schweineherztransplantation durch. Bild aus dem Internet

Das Warten auf ein geeignetes Transplantationsherz ist jedoch ein langer Prozess. Neben der Erfüllung der Anforderungen hinsichtlich Größe und Blutgruppe ist es auch notwendig, eine Infektion des Spenders zu verhindern. Gibt es außer allogenen Herzen noch andere Möglichkeiten, die strengen Spenderbeschränkungen zu lockern? Das Aufkommen der 3D-Drucktechnologie liefert einige Ideen zur Beantwortung dieser Frage.

Im Jahr 2019 schufen Forscher der Universität Tel Aviv in Israel das weltweit erste 3D-gedruckte Herz mit Zellen und Blutgefäßen. Die Forscher entnahmen den Patienten zunächst Fettgewebe und trennten es anschließend in Zellen und nichtzelluläre Substanzen. Die abgetrennten Zellen wurden dann in Myoblasten und Zellen, die Blutgefäße bilden können, differenziert und anschließend mit speziellen Druckmaterialien vermischt, um für den 3D-Druck geeignete „Bio-Tinte“ herzustellen. Abschließend wurde für den Patienten geeignetes Herzgewebe gedruckt. Da mit 3D-gedruckten Herztransplantaten künstliche Herzen hergestellt werden können, die dem eigenen Herzen des Patienten entsprechen, können sie die Erfolgs- und Überlebensraten bei Herztransplantationen verbessern. Darüber hinaus können Probleme wie Spenderherzmangel und Abstoßung vermieden und so die Überlebens- und Genesungschancen der Patienten verbessert werden.

Im Vergleich zu anderen herkömmlichen Transplantationstechnologien kann der 3D-Druck nicht nur jederzeit individuell angepasst werden, sodass sterbensgefährdete Patienten nicht mehr auf den „tödlichen Teil“ warten müssen, sondern er verhindert auch Immunabstoßungsreaktionen, die durch homologe und xenologe Transplantationen verursacht werden, da die für den 3D-Druck benötigten Materialien aus den eigenen Geweben und Zellen des Patienten stammen. Natürlich gibt es in der aktuellen 3D-gedruckten Herztechnologie noch Raum für Forschung, einschließlich der Frage, wie Zellen vermehrt werden können, um sie mit dem menschlichen Herzen kompatibel zu machen. Man geht davon aus, dass die 3D-Herzdrucktechnologie in zukünftigen Forschungsarbeiten klinisch eingesetzt werden kann.

3D-gedrucktes Herz Bild aus dem Internet

Für Patienten, die ein neues Herz benötigen, ist eine Herztransplantation eine dringende Angelegenheit. Mit der kontinuierlichen Entwicklung von Wissenschaft und Technologie entstehen in einem endlosen Strom neue Technologien und neue Lösungen. Auch die Herztransplantation hat sich von der ursprünglichen homologen Transplantation zur Xenotransplantation und dann zur 3D-gedruckten Herztransplantation weiterentwickelt. Die neue Technologie bringt den Patienten neue Hoffnung. Ich bin davon überzeugt, dass in Zukunft nach und nach weitere Technologien entstehen werden, die den Patienten zugute kommen. Bis dahin wird die Technologie die Beschränkungen bei der Spenderwahl durchbrechen und jedem Patienten das faire Recht auf einen „Abdruck eines neuen Herzens“ ermöglichen!