Kann ein beschädigtes Organ repariert werden? „Human Body 4S Shop“ wird Realität!

Bei der 37. Vorlesung „Healthy Line of Defense“ im Rahmen von „Science Popularization China – I am a Scientist“ hielt Dai Jianwu, Forscher am Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Direktor des Zentrums für regenerative Medizinforschung, Direktor der Chinesischen Gesellschaft für Biomaterialien und Generalsekretär der Stammzellenabteilung der Chinesischen Gesellschaft für Zellbiologie, eine Rede mit dem Titel „Reparatur von menschlichem Gewebe und Organen, regenerative Medizin geht über Science-Fiction hinaus“.

Das Folgende ist die Abschrift der Rede von Dai Jianwu:

17.4.2022 Peking

Hallo zusammen, mein Name ist Dai Jianwu, ich bin von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und beschäftige mich mit der Forschung im Bereich der regenerativen Medizin.

Gerade eben hat Dr. Tao Yong die Geschichte der Augenheilkunde erzählt. Wir wissen, dass es in der Augenheilkunde eine Operation namens Hornhauttransplantation gibt, die vielen Menschen, die aufgrund einer Hornhauterkrankung erblindet sind, das Augenlicht zurückgeben kann. Tatsächlich ist die Organtransplantation mit der Entwicklung der modernen Medizin nicht mehr auf eine Art beschränkt. Es gibt mehr als zehn Arten, die transplantiert werden können, darunter auch unsere wichtigsten Organe wie Herz, Leber, Lunge und Niere.

Eine Organtransplantation ist oft der letzte Ausweg bei Organversagen, es gibt jedoch noch viele Hindernisse. So müssen Organtransplantationspatienten beispielsweise ihr Leben lang Medikamente gegen Abstoßungsreaktionen einnehmen, die ihr Immunsystem unterdrücken und zahlreiche Nebenwirkungen verursachen. Das größte Hindernis ist natürlich das Verhältnis zwischen Angebot und Nachfrage. In unserem Land warten Hunderttausende oder sogar Millionen Menschen auf eine Organtransplantation, aber nur etwa 1 % von ihnen kann auf die Bereitstellung von Organen warten.

Ob es sich nun um Mythen der Vergangenheit oder Science-Fiction von heute handelt, die Frage, ob sich Organe regenerieren können, ist ein Thema. Der Mensch träumt sehr von einer Organregeneration, aber leider ist dies sehr schwierig. Aus evolutionärer Sicht haben sich die menschlichen Organe über Zehntausende von Jahren entwickelt und sind dabei äußerst komplex geworden, haben dabei aber einen Großteil ihrer Regenerationsfähigkeit verloren. Im Gegenteil: Niedere Organismen wie der Salamander im Video wachsen mit Sicherheit innerhalb von zwei Monaten identische Organe, wenn man ihnen die Gliedmaßen abschneidet.

In den letzten Jahren haben die Menschen ihre Hoffnungen hinsichtlich der Organregeneration auf eine neue Disziplin namens Regenerative Medizin gesetzt. Und genau diese Geschichte werde ich Ihnen heute erzählen. Möglicherweise verfügen Sie über ein gewisses Verständnis für regenerative Medizin, da viele Menschen schon von Stammzellen gehört haben. Allerdings herrscht tatsächlich ein einseitiges Verständnis der Regenerativen Medizin, denn obwohl Stammzellen ein sehr wichtiger Teil der Regenerativen Medizin sind, sind sie nicht alles.

Ich persönlich bin der Meinung, dass die regenerative Medizin ein systematisches Projekt ist, das Gerüstmaterialien erfordert, um den Standort der Zellen zu bestimmen und die Zellfunktionen zu regulieren. Darüber hinaus sind verschiedene regenerative Faktoren erforderlich, damit die Zellen überleben, sich differenzieren und wachsen können. Stammzellen sind lediglich die Samen einer Zelle. Regenerative Medizin ist eigentlich wie ein Hausbau. Wenn Sie nur Ziegelsteine ​​(Stammzellen) haben, können Sie sicherlich kein Gebäude bauen, da Sie ein sehr starkes Stahlgerüst (biologisches Gerüstmaterial) benötigen, um das gesamte Haus zu stützen. Wenn Sie Ziegelsteine ​​und Stahlstangen haben, können Sie das Haus bauen, aber es wird noch keine Funktion haben und Sie werden Wasser, Heizung, Elektrizität (regenerative Faktoren) usw. benötigen. Mein eigenes Verständnis von regenerativer Medizin ist also, dass sie auf biologischen Gerüstmaterialien basiert, kombiniert mit Stammzellen und verschiedenen regenerativen Faktoren, um die Gewebe und Organe zu reparieren, wieder aufzubauen und herzustellen, die der menschliche Körper benötigt.

Ich kehrte 2001 nach China zurück und gründete als Erstes ein Labor für regenerative Medizin. Nach der Einrichtung des Labors müssen zunächst dessen wissenschaftliche Probleme ermittelt werden. Wir haben als Forschungsrichtung unseres Labors das schwierigste Problem der regenerativen Medizin gewählt – Rückenmarksverletzungen. Viele Leute rieten mir: „Lehrer Dai, Sie sollten sich etwas Einfacheres überlegen, damit Sie leichter Ergebnisse erzielen.“ Aber wenn man Patienten mit Rückenmarksverletzungen sieht, hat man das Gefühl, dass jemand hart arbeiten muss, um diese Probleme zu lösen.

In meinem Land kommt es jedes Jahr zu etwa 100.000 bis 140.000 Rückenmarksverletzungen aufgrund von Unfällen, Arbeitsunfällen oder Krankheiten. In unserem Land leben mehr als zwei Millionen Patienten mit Rückenmarksverletzungen, die meisten davon sind junge Menschen. Obwohl sich ihre Überlebensfähigkeit nicht wesentlich verändert hat, werden die schwere wirtschaftliche Belastung und die Pflegearbeit ihre Familien belasten.

Das Rückenmark ist ein Nervenverlauf in unserer Wirbelsäule, genau wie ein Kabel. Durch ihn werden die Befehls- und Aktionssignale des Gehirns an die Gliedmaßen weitergeleitet und die Empfindungen der Gliedmaßen werden durch ihn an das Gehirn weitergeleitet. Wenn jedoch ein Teil der Hals-, Brust- oder Lendenwirbelsäule (wie der rote Punkt im Video) beschädigt wird, wird der Signalweg unterbrochen und der Teil unterhalb der beschädigten Stelle verliert das Gefühl, was wir als Querschnittslähmung bezeichnen.

Warum ist die Behandlung einer Rückenmarksverletzung so schwierig? Da sich Rückenmarksgewebe theoretisch überhaupt nicht regenerieren kann, ist es nicht so, wie wir oft hören: „Es dauert hundert Tage, um einen Knochenbruch zu heilen.“ Knochen- und Hautverletzungen unterliegen einem Selbstheilungsprozess. Nach einer Beschädigung wandern zahlreiche Stammzellen oder Wachstumsfaktoren an die verletzte Stelle und unterstützen dort die Regeneration. Anders verhält es sich jedoch bei einer Rückenmarksverletzung, einschließlich einer Hirnverletzung. Der Grund, warum sich das zentrale Nervensystem nicht regenerieren kann, liegt im Schutzaspekt. Bei einer Beschädigung bilden sich zahlreiche Gliannarben, die eine weitere Ausbreitung der Schädigung verhindern und gleichzeitig die Regeneration behindern. Daher denken wir im Rahmen der Forschung zu Rückenmarksverletzungen und Regeneration vor allem darüber nach, wie sich eine regenerative Mikroumgebung wiederherstellen lässt.

Der Begriff „Mikroumgebung“ klingt sehr abstrakt. Sie haben vielleicht schon mehr über das makroökonomische Geschäftsumfeld, das Lebensumfeld usw. gehört. Tatsächlich würden wir, wenn wir irgendein Gewebe von der Größe eines Sesamkorns oder eines Hirsekorns entnehmen und es unter ein Mikroskop legen würden, wahrscheinlich die Struktur auf der linken Seite des obigen Bildes aufweisen, mit vielen Gerüsten, extrazellulärer Matrix und Strukturproteinen, die die Position und Existenz verschiedener Zellen unterstützen; Darüber hinaus gibt es zahlreiche Regenerationsfaktoren und Signalmoleküle, die durch den durch das Gerüstmaterial gebildeten Konzentrationsgradienten die Entstehung und Differenzierung von Zellen unterstützen. Um eine regenerationshemmende Mikroumgebung in eine regenerationsfördernde zu verwandeln, ist die Verwendung von Biomaterialien zur Regulierung der Zellen und der Verteilung von Wachstumsfaktoren erforderlich, wofür Kerntechnologien erforderlich sind.

In den letzten zwanzig Jahren haben wir zwei Schlüsseltechnologien entwickelt.

Die erste besteht darin, Biomaterialien so zu modifizieren, dass sie die Fähigkeit besitzen, die räumliche Verteilung verschiedener Wachstumsfaktoren in der Flüssigkeit zu regulieren, einschließlich der Bildung von Gradienten. Dies dürfte die bislang modernste Technologie auf diesem Gebiet sein. In ähnlicher Weise können wir Zellen in einer flüssigen Umgebung positionieren, Zellen und Wachstumsfaktoren durch die Wirkung des Gerüsts regulieren und die regenerative Mikroumgebung wiederherstellen. Basierend auf dieser Theorie haben wir ein Gerüstmaterialprodukt für die Regeneration von Rückenmarksgewebe entwickelt, das ebenfalls das erste seiner Art auf der Welt ist.

NeuroRegen® Kollagengerüst zur Nervenregeneration

Wie Sie auf dem Foto sehen können, besteht das Gerüst aus längs angeordneten Kollagenfasern, die das Nervenwachstum in diese Richtung lenken.

Zwei Monate

Vier Monate

Nach der Implantation dieses Produkts in Tiere mit vollständiger Rückenmarksschädigung kann man feststellen, dass die Tiere nach zwei Monaten noch keine Funktionen wiederhergestellt haben, im dritten und vierten Monat können die Hunde jedoch langsam aufstehen und alleine gehen. Dies ist das erste Mal, dass wir ein Produkt gesehen haben, das die Regeneration von Rückenmarksgewebe tatsächlich steuern kann.

Wie ist der Wirkungsmechanismus des Produkts? Traditionell geht man davon aus, dass die Nervenregeneration jede Woche oder jeden Tag um einen Millimeter oder einige Zehntel Millimeter zunimmt. Tatsächlich gilt dies nur für periphere Nerven, die sich regenerieren können. Ihre Funktionen erholen sich nach einer Verletzung im Laufe der Zeit langsam, das zentrale Nervensystem ist dazu jedoch nicht in der Lage. Daher können wir nur unsere eigene Theorie auf der Grundlage der in den letzten zwanzig Jahren gesammelten Daten vorschlagen.

Wir haben festgestellt, dass eine Rückenmarksverletzung viele Zellen aktivieren kann. Beispielsweise können sich Gliazellen in Nestin-positive neurale Stammzellen differenzieren. Wenn es zu diesem Zeitpunkt dazu gebracht wird, sich in blaue Neuronen zu differenzieren, können diese Neuronen Verbindungen mit den Nerven in normalem Gewebe bilden. Genau wie in Kriegsfilmen: Wenn die Telefonleitungen weggerissen werden und nicht wiederhergestellt werden können, verwenden die Soldaten einfach ihre Hände, um sie wieder zu verbinden. Ich denke, der Mechanismus der Regeneration nach einer Rückenmarksverletzung, den wir jetzt erreicht haben, besteht im Wesentlichen darin, die beiden gebrochenen Nervenenden an der verletzten Stelle miteinander zu verbinden, wodurch die Übertragung von Neurotransmittern ermöglicht und so die Funktion wiederhergestellt wird.

Wir begannen 2014 mit der Vorbereitung klinischer Studien für dieses Produkt und der erste Patient wurde am 16. Januar 2015 offiziell aufgenommen. Seitdem sind sieben Jahre vergangen und insgesamt haben mehr als einhundert Patienten an den klinischen Studien teilgenommen. Letztes Jahr haben wir einen Artikel über eine fünfjährige Nachuntersuchung von 51 Patienten veröffentlicht, der beweist, dass das Produkt für mehr als 50 % der Patienten sicher und wirksam ist – insbesondere für diejenigen mit akuten Verletzungen, wobei 40 % der Patienten ihre motorischen Funktionen wiedererlangen.

In dem Fall handelte es sich um ein junges Mädchen, das bei der Rehabilitation sehr gut mitarbeitete, sodass sie als einzige unter den über 100 Patienten der Gruppe selbstständig gehen konnte. Sie gab uns viel Hoffnung und zeigte uns, dass Patienten mit Rückenmarksverletzungen nicht ihr Leben lang im Rollstuhl sitzen müssen und dass sie eines Tages in der Lage sein werden, aufzustehen und zu gehen.

Auf diesem Bild schaue ich mir einige der Meilensteinarbeiten unseres Labors in der Rückenmarksverletzungsforschung der letzten 20 Jahre an. aber es gibt viele Dinge, die nicht hineingeschrieben werden können, weil es sich bei ihnen um misslungene Arbeiten handelt.

An dieser Stelle möchte ich Ihnen zwei Gedanken mitteilen:

Einer davon ist, dass Wissenschaftler zunächst in der Lage sein müssen, Einsamkeit zu ertragen und an einem Ziel festzuhalten. Wir arbeiten seit zwanzig Jahren an der Behandlung von Rückenmarksverletzungen und ich habe noch zwanzig Jahre Zeit dafür. Wir möchten die Behandlung von Rückenmarksverletzungen auf ein höheres Niveau heben. Tatsächlich ist es für Wissenschaftler sehr wichtig, sich auf ein wissenschaftliches Problem zu konzentrieren. Man mag die Japaner beneiden, die jedes Jahr im Oktober den Nobelpreis erhalten, doch wer diese Menschen genauer beobachtet, wird feststellen, dass sie sich ihr Leben lang auf ein einziges wissenschaftliches Problem konzentrieren. Im Gegensatz dazu streben manche Wissenschaftler diesem und jenem Brennpunkt hinterher und erreichen letztlich nichts.

Zweitens sollten Wissenschaftler keine Angst vor Schwierigkeiten haben. Wir haben uns für das schwierigste wissenschaftliche Problem entschieden, was es uns ermöglicht hat, die Kerntechnologie der regenerativen Medizin bis zum Äußersten zu treiben. Umgekehrt ist es einfacher, Ergebnisse zu erzielen, wenn wir es mit anderen Geweben und Organen zu tun haben, die sich leicht regenerieren lassen.

Im letzten Jahrzehnt haben wir auch klinische Forschungen zu anderen Bereichen der regenerativen Medizin durchgeführt, darunter auch zu Endometriumschäden.

Die Zahl der künstlichen Abtreibungen liegt in unserem Land vermutlich bei über 10 Millionen pro Jahr. Diese können zu Schäden und Vernarbungen der Gebärmutterschleimhaut und sogar zu Unfruchtbarkeit führen. Wir haben mit Hu Yalis Team am Nanjing Drum Tower Hospital zusammengearbeitet, um eine Kollagenmembran zur Reparatur des Endometriums zu entwickeln. Die klinischen Versuche begannen im Jahr 2013 und am 17. Juli 2014 wurde das erste Baby aus der klinischen Studie zur Endometriumregeneration geboren. Ich habe die Geburt im Kreißsaal miterlebt und war tief beeindruckt. Bisher hat diese klinische Studie fast einhundert gesunde Babys hervorgebracht, alle durch eine Regeneration des Endometriums.

Ein weiteres Problem im Zusammenhang mit der Fortpflanzung ist das vorzeitige Versagen der Eierstöcke. Bei manchen jungen Menschen setzt die Menstruation im Alter von 19 oder 20 Jahren aus und ihre Eierstöcke werden nicht mehr aktiviert, so dass von einer Schwangerschaft oder Geburt keine Rede sein kann. Als Reaktion auf die unheilbare Krankheit des vorzeitigen Eierstockversagens haben wir mit Sun Haixiang, dem Leiter des Reproduktionszentrums des Nanjing Drum Tower Hospital, zusammengearbeitet, um einen injizierbaren Stent zu entwickeln, der hauptsächlich dazu dient, die Blutzirkulation um die Eierstöcke herum zu lenken und die Entwicklung der Eierstöcke zu unterstützen. Wir stellten fest, dass die Eierstöcke aller 20 Patientinnen aktiviert wurden und zwei von ihnen schwanger wurden. In einem Fall wurde jedoch, wahrscheinlich aufgrund des fortgeschrittenen Alters, beim Fötus Trisomie 21 diagnostiziert und die Schwangerschaft musste abgebrochen werden. Am 12. Januar 2018 wurde schließlich das erste Baby der weltweit ersten Patientin geboren, die im Nanjing Drum Tower Hospital eine klinische Behandlung wegen vorzeitigen Eierstockversagens erhalten hatte. Dies ist zugleich ein Meilenstein und beweist, dass vorzeitiges Eierstockversagen keine unheilbare Krankheit mehr ist.

Die Myokardregeneration ist tatsächlich schwierig. Sie denken vielleicht, dass das Myokard ein nicht regenerierbares Gewebe wie das Rückenmark ist, aber der Bedarf an Myokardregeneration ist sehr groß. Die Hälfte aller Todesfälle in unserem Land und sogar weltweit sind auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Tumore zurückzuführen. Nach einem Herzinfarkt wird das Myokard fibrotisch und bildet eine unfruchtbare Zone mit reduzierter Herzfunktion und kompensatorischer Hypertrophie. Die Behandlungsmethode besteht in der Stent-Implantation, dann in einer Bypass-Operation und schließlich in einer Herztransplantation.

Wir wenden das Konzept der Wüstenkontrolle auf die Myokardregeneration an. Wenn ein Land verödet ist, verwandelt es sich durch die Zufuhr von Wasser in eine Oase. Kann das Myokard regeneriert werden, wenn man das Wachstum von Blutgefäßen im nekrotischen Myokard zulässt? Also entwickelten wir ein injizierbares Kollagen und stellten fest, dass es in einem Herzinfarktmodell bei Schweinen das Myokard nachwachsen lassen konnte. Im März 2016 haben wir eine klinische Studie mit 60 Patienten mit Herzinsuffizienz organisiert. Nach einem Jahr Nachbeobachtung stellten wir fest, dass sich das Myokard von Patienten mit schwerer Herzinsuffizienz tatsächlich regenerieren kann. Ich denke also, dass die klinische Bedeutung sehr groß ist und unseren unzähligen Herz-Kreislauf-Patienten, insbesondere jenen mit Herzinfarkt, Hoffnung geben kann. Diese Arbeit wurde kürzlich in der klinisch renommierten Fachzeitschrift JAMA veröffentlicht.

Schließlich beschäftigen wir uns mit ästhetischen Fragen und der Regeneration der Stimmbänder. Wir arbeiten mit Direktor Jin Xiaofeng von der Abteilung für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde des Peking Union Medical College Hospital zusammen. Sie bringen uns die Anliegen vieler Patienten vor und fragen, ob es aus irgendeinem Grund eine Möglichkeit gibt, das Problem zu lösen. Aus struktureller Sicht ist das Stimmband ein Band. Wenn sich das Band regenerieren kann, ist möglicherweise auch dies bei den Stimmbändern der Fall. Deshalb haben wir ein injizierbares Kollagengerüst zur Reparatur der Stimmbänder entwickelt. Ab 2016 führten wir die Behandlung an 20 Patienten im Union Hospital durch und die Ergebnisse zeigten eine Wirksamkeit von 100 %. Hören wir uns ein Beispiel an -

Die höhere Stimme ist nach der Behandlung und die tiefere Stimme ist vor der Behandlung. Der Patient, der später kam, kam zusammen mit Direktor Jin extra in meine Praxis, um sich bei uns zu bedanken. Er sagte, dass er früher kein Vertrauen in das Sprechen gehabt habe, jetzt aber das Gefühl habe, dass seine Stimme lauter sei als die der normalen Menschen. Ich freue mich sehr für ihn.

Tatsächlich gibt es viele Bereiche, in denen die Stimmbandregeneration genutzt werden kann. Beispielsweise singen viele junge Leute heute gerne, können aber einige hohe Töne nicht singen. Mithilfe von Methoden der regenerativen Medizin können sie die Elastizität und Weite der Stimmbänder erhöhen, wodurch die Stimme deutlich lauter werden kann. Daher denke ich, dass es auch die Stimme verschönern kann.

Nachdem ich so viel gesagt hatte, erinnerte ich mich tatsächlich an einige Träume. Im Jahr 2014 wurde ich aufgrund meiner Leistungen im Bereich der Endometriumregeneration von CCTV zur „Wissenschafts- und Technologieinnovationsperson des Jahres“ gewählt. Damals habe ich in meiner Rede eine Fantasie geäußert. Ich sagte, dass Menschen dasselbe sind wie Autos. Autos verfügen über 4S-Speicher für die regelmäßige Wartung, Probleme können repariert und Fehler durch Teile ersetzt werden. Ich denke, dass die regenerative Medizin auch einen Traum für die Menschheit wahr macht und dass sie auch die Erhaltung und Reparatur des menschlichen Körpers und sogar den Austausch von Körperteilen ermöglichen kann. Heute, während ich auf der Bühne stehe, habe ich das Gefühl, dass der Traum, den ich allen gebracht habe, Wirklichkeit wird.

Vielen Dank an alle.

Sprecher Dai Jianwu: „Reparatur von menschlichem Gewebe und Organen sowie regenerative Medizin gehen über Science-Fiction hinaus“ | Foto: Vphoto

Quelle: Science Popularization China – Ich bin ein Wissenschaftler