Nun hat sein Team in einer neuen Studie mit Schweineorganen gezeigt, dass Nieren zumindest unterkühlt und tagelang in dem Gerät konserviert werden können. Nach dem Wiedererwärmen wurden die Organe erfolgreich in Tiere transplantiert, und sie scheinen besser abzuschneiden als Organe, die auf Eis gelagert wurden.

Die Arbeit stelle „eine historische Leistung“ dar, sagt Kevin Myer, Präsident und CEO von LifeGift, einer in Texas ansässigen Organspendeorganisation, die nicht an der Forschung beteiligt war. Powell Palm hofft, dass dieser Ansatz letztlich dazu beitragen könnte, die Krise des Organmangels zu lindern.

Heutzutage warten allein in den USA mehr als 104.000 Menschen auf eine Nierentransplantation. Es wird geschätzt, dass in den USA jeden Tag 17 Menschen während der Warteliste für eine Transplantation sterben.

Dies liegt zum Teil an einem Mangel an gespendeten Nieren, aber auch daran, dass viele der verfügbaren Nieren niemals einen Empfänger erreichen. In manchen Jahren landet etwa ein Drittel der gespendeten Nieren im Müll, oft weil sie bei der Ankunft beim Empfänger zu stark geschädigt sind.

Nieren können etwa 24 Stunden lang auf Eis gelagert oder in Geräte gegeben werden, die die Bedingungen des Körpers nachahmen, ebenfalls für bis zu etwa 24 Stunden. Laut Myer ist das nicht immer lang genug, um einen geeigneten Empfänger zu finden und das Organ zu transportieren.

Wissenschaftler auf der ganzen Welt arbeiten an Möglichkeiten, Organe durch Kühlung auf noch niedrigere Temperaturen länger zu lagern. Das Kühlen eines Organs verlangsamt seinen Stoffwechsel – je kälter es ist, desto größer ist der Effekt und desto länger kann es gelagert werden.

Wir sind schon lange in der Lage, Eizellen, Spermien und Embryonen erfolgreich kryozukonservieren, aber es ist viel schwieriger, große Organe einzufrieren. Teams haben verschiedene Temperaturen und Kälteschutzmittel erforscht, aber bisher konnte noch niemand menschliche Organe für Transplantationen einfrieren.

Als Thermodynamiker hat Powell Palm einen anderen Ansatz verfolgt. Durch das Eintauchen eines Organs unter konstantem Druck sollte es möglich sein, die Eisbildung bei Temperaturen knapp unter 0 °C zu verhindern, ohne Kälteschutzmittel zu benötigen.

Um diese Theorie zu testen, haben Powell Palm und seine Kollegen ein Gerät entwickelt, das genau das tut. Das Gerät selbst ist im Wesentlichen eine hermetisch verschlossene Kammer mit einem transparenten Deckel.

An ihrer Basis befindet sich eine Vorrichtung, die die Temperatur des Organs überwacht und auf Eisbildung prüft. Die Organe werden in eine Lösung getaucht, die bereits häufig für deren Konservierung bei Transplantationen verwendet wird.

„Ich beschreibe das immer als Low-Tech-High-Science“, sagt Powell Palm. „Viel Arbeit ist in das Verständnis der Kinetik in diesem System geflossen, aber letztendlich ist es ziemlich einfach“.

Um ihr Gerät zu testen, entnahmen Powell Palm und seine Kollegen zunächst einzelne Nieren von Schweinen. Die Organe wurden mit derselben üblichen Lösung gespült, um das Blut zu entfernen, genau wie Spendenorgane.

Das Team hielt dann einige Nieren entweder zwei oder 24 Stunden lang auf Eis, um Standardbedingungen bei menschlichen Transplantationen zu imitieren. Sie platzierten einige der entnommenen Nieren auch für 24, 48 oder 72 Stunden in ihrem Gerät.

Die gelagerten Nieren wurden daraufhin jeweils in die ursprünglichen Spenderschweine zurücktransplantiert. Die zweite Niere jedes Schweins wurde im selben Eingriff entfernt, sodass jedes Tier nur die Niere behielt, die gelagert und reimplantiert worden war.

Sobald die 24 Stunden lang unterkühlten Nieren transplantiert waren, begannen sie sofort, Urin zu produzieren – ein entscheidender Hinweis darauf, dass sie funktionierten. Die Teammitglieder maßen auch andere Marker der Nierenfunktion und stellten fest, dass die Organe etwa 10 Tage nach der Transplantation normal zu arbeiten schienen.

Das sei langsamer als bei Nieren, die zwei Stunden lang auf Eis gelagert wurden, aber viel schneller als bei Nieren, die 24 Stunden lang auf Eis lagen, sagt Powell Palm. Die Organe, die 48 und 72 Stunden lang unterkühlt blieben, zeigten ähnliche Ergebnisse, sagt er.

„Selbst nach drei Tagen – dem Dreifachen des klinischen Standards – erhalten wir eine Erholung, die schneller ist als das, was in den letzten drei Jahrzehnten der Goldstandard war“, sagt er. „Wir sind also wirklich, wirklich begeistert davon.“

„Es ist beeindruckend“, sagt Heidi Yeh, Transplantationschirurgin am Mass General Brigham for Children, die ebenfalls zu Organkonservierungstechnologien forscht. „Oft brauchen Nieren, die 48 Stunden lang gelagert wurden, eine Woche oder zwei, bevor sie wieder anfangen zu arbeiten.“

Die unterkühlten Organe scheinen auch langfristig gut zu funktionieren. Über einen Zeitraum von 30 Tagen wuchsen die Schweine um etwa 30 % – und die Nieren wuchsen mit ihnen und verdoppelten fast ihre Größe, um sowohl das Wachstum der Schweine als auch das Fehlen einer zweiten Niere auszugleichen.

Das Team überwachte eines der Schweine 200 Tage lang, bevor es seine Niere entnahm und analysierte. Selbst zu diesem Zeitpunkt sah das Organ gesund aus, sagt Powell Palm.

Er und seine Kollegen stellten die Ergebnisse letzten Monat auf dem American Transplant Congress in Boston vor. Anfang dieses Jahres zeigten Forscher in Kanada, dass sie ebenfalls Schweinenieren auf unter Null Temperaturen kühlen und in Schweine transplantieren konnten.

Das Protokoll des Teams umfasste die Verwendung eines Kälteschutzmittels, und die Organe wurden vor der Transplantation bis zu 48 Stunden lang gelagert. Diese Organe überlebten eine Woche.

Indem sie Organe 72 Stunden lang unterkühlten und zeigten, dass sie sich 30 Tage oder länger gut machen, haben Powell Palm und seine Kollegen Neuland betreten. „Es ist das erste Mal in der Geschichte, dass dies berichtet wurde“, sagt er.

Diese zusätzlichen Stunden könnten den entscheidenden Unterschied ausmachen, sagt Myer von LifeGift. Der Fortschritt könnte Ärzten mehr Zeit geben, die Nieren zu bewerten, sie den am besten geeigneten Empfängern zuzuordnen und die Organe rechtzeitig physisch zu ihren Bestimmungsorten zu bringen.

Es könnte internationale Spenden ermöglichen und günstigere Transportoptionen eröffnen, fügt er hinzu. „Im Moment liegt das angenommene Limit bei Nierentransplantationen bei 18 bis 24 Stunden“, sagt er.

„Wenn wir auf bis zu 72 Stunden kommen können, würde das alles verändern.“

Powell Palm und seine Kollegen glauben, dass sie möglicherweise sogar über 72 Stunden hinausgehen können. In vorläufigen Studien schienen Organe, die bis zu 120 Stunden gelagert worden waren, gesund zu sein, obwohl diese Organe noch nicht transplantiert wurden.

Und da der Prozess keine Kälteschutzchemikalien erfordert, hoffen die Teammitglieder auf eine beschleunigte Zulassung durch die US-amerikanische Arzneimittelbehörde FDA, die es ihnen erlauben würde, das Gerät bei menschlichen Transplantationen zu testen.

Das Lagerungsgerät ist einfach und kompakt, sodass Powell Palm denkt, dass es leicht zu transportieren sein wird. Es wurde zwar noch nicht für Flugreisen getestet, aber es wurde bereits verwendet, um unterkühlte Nieren auf dem Rücksitz eines Kia Sorento quer durch die USA zu transportieren, sagt er.

„Aus Sicht der Stabilität betrachten wir dies als eine noch höhere Messlatte“, sagt er. Powell Palm und sein Kollege Sebastian Giwa planen, in den kommenden Monaten ein Unternehmen zu gründen, das sich der Entwicklung der Technologie widmet, zusammen mit anderen Protokollen, die „die biologische Zeit anhalten“, sagt er.