Wissen und Gesundheit
10.10.2017

Vier Zentimeter Darm gezüchtet

Der aus Österreich stammende Harvard-Chirurg Harald C. Ott hat mit seinem Team ein kurzes Stück eines menschlichen Darms gezüchtet, das in einer Ratte perfekt alle notwendigen Funktionen ausgeführt hat.

Kurzdarmsyndrom: Das ist der Fachbegriff, wenn etwa durch eine Operation (z. B. nach einer Tumorentfernung) oder schon von Geburt an Teile des Dünndarms fehlen. Diese Patienten leiden häufig an Nährstoffmangel oder müssen überhaupt künstlich ernährt werden.

Für sie – aber auch für Menschen mit entzündlichen Darmerkrankungen – bedeuten die Forschungen von Harald Ott und seinem Team an der Harvard Medical School in den USA eine große Hoffnung: Ihnen ist es gelungen, aus menschlichen Zellen ein vier Zentimeter langes Stück Dünndarm herzustellen.

Dieser humane "Mini-Darm" entspricht der Größe des Darms einer Ratte – und implantiert in eine solche funktionierte er dort auch: Er nahm Nährstoffe wie Glukose und Fettsäuren aus der Nahrung auf und gab sie an die Blutgefäße des Tieres weiter. Die Studie wurde im renommierten Fachmagazin Nature Communications veröffentlicht.

Das untenstehende Bild zeigt ein Dünndarmsegment unter dem Mikroskop, das mit Epithelzellen (Oberflächenzellen, grün) und Gefäßzellen (rot) besiedelt ist:
Um die Ratte zu schonen, wurde der Darm übrigens nur im Halsbereich unter der Haut eingebaut, ihr normaler Darm blieb erhalten. "Der biologische Kunst-Darm erfüllte alle seine Aufgaben."

Ausgangspunkt war ein von Otts Labor entwickeltes Verfahren: Mit einer speziellen Lösung kann ein Organ eines toten Tieres oder verstorbenen Menschen von seinen Zellen zur Gänze befreit werden – übrig bleibt lediglich ein Gerüst aus Bindegewebe, die sogenannte extrazelluläre Matrix. Sie ruft in einem fremden Organismus keine Abstoßungsreaktion mehr hervor.

Dieses Gerüst wird dann mit Zellen eines Organs besiedelt, das man später transplantieren möchte. Gewonnen werden die Zellen dafür aus menschlichen Stammzellen (also den Vorläuferzellen verschiedener Gewebetypen): Hautzellen etwa werden gezielt zu Stammzellen zurückprogrammiert – und anschließend dazu angeregt, sich in einen bestimmten Gewebetyp gezielt zu entwickeln.

Dieses Bild zeigt ein Dünndarmsegment im Bioreaktor:

Erfolg auch mit Lunge

Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler bereits ein Kunstherz entwickeln, das im Bioreaktor einige Tage geschlagen hat. Eine Kunst-Niere erreichte im Labor bis zu 23 Prozent und in einer Ratte rund zehn Prozent der Funktion einer normalen Niere.

In Wien haben dieser Tage Mitarbeiter von Ott übrigens Ergebnisse mit biologischen Kunstlungen präsentiert: Lungengewebe, das aus menschlichen Stammzellen gewonnen wurde, habe sie in Schweine implantiert – dort funktionierte das Organ für einige Stunden (in Ratten bis zu zwei Wochen). "Damit konnten wir zeigen, dass es prinzipiell möglich ist, ein solches künstlich gezüchtetes Organ erfolgreich in ein Schwein einzusetzen – jetzt müssen wir im nächsten Schritt die Reife des Organs verbessern", so Ott zum KURIER. Beim Darm ist der nächste Schritt, ein rund zehn Zentimeter langes Stück eines Dünndarms aus menschlichen Zellen im Schwein zu testen. Für Menschen mit zu kurzem Dünndarm wäre dann ein rund ein Meter langes "Ersatzstück" notwendig, damit ausreichend Nährstoffe aufgenommen werden können. Bis es so weit ist, wird es noch dauern: "Aber wir sind wieder einen Schritt weiter."


Zur Person: Von Tirol nach Boston

Der Tiroler Harald C. Ott, 40, studierte von 1995 bis 2000 Medizin in Innsbruck (damals Uni Innsbruck, heute MedUni Innsbruck). Anschließend begann er seine Ausbildung zum Thoraxchirurgen (Thorax bedeutet Brustkorb) an der Uni-Klinik für Chirurgie in Innsbruck, ehe er 2004 in die USA an die University of Minnesota wechselte. Seit 2006 ist er Thoraxchirurg am Massachusetts General Hospital der Harvard Medical School in Boston und leitet dort das „Ott Lab“. Dessen Schwerpunkt ist die Entwicklung von Kunst-Organen.