- Wissenschaftler haben erfolgreich eine Schweine-Niere in den Glaszustand eingefroren und deren Funktion wiederhergestellt.
- Das Forschungsteam verwendete chemische Kryoprotektoren und Eisenoxid-Nanopartikel für das Einfrieren.
- Die langfristige Lagerung von Organen kann die Flexibilität bei der Übereinstimmung und dem Transport verbessern.
- Derzeit ist die Urinproduktion der Niere geringer als erwartet, was weitere Forschung erfordert.
Wissenschaftler haben erstmals erfolgreich eine gesamte Schweine-Niere in den Glaszustand eingefroren und diese bei etwa -238 Fahrenheit (-150 Grad Celsius) über Monate gelagert, bevor sie deren Funktion wiederherstellten. Berichten zufolge betrug die Einfrierzeit einer Niere über ein Jahr, und nach dem Wiedererwärmen nahm die Niere ihre Farbe wieder an und begann zu urinieren, was ein entscheidender Indikator für die Organfunktion ist.
Diese Studie wurde von dem Transplantationschirurgen Erik Finger und dem Bioingenieur John Bischof geleitet. Zunächst injizierten sie der Niere chemische Kryoprotektoren, die wie Frostschutzmittel wirken, und fügten dann Eisenoxid-Nanopartikel hinzu. Das Organ erreichte bei der Einwirkung von flüssigem Stickstoff etwa -184 Fahrenheit (-120 Grad Celsius) den Glaszustand und wurde dann bei -238 Fahrenheit gehalten. Diese Methode vermeidet Schäden durch Eiskristalle.
Innovationen in der Kryotechnologie
Der Wiedererwärmungsprozess ist relativ schwierig. Das Forschungsteam nutzte elektromagnetische Felder, um die Nanopartikel Wärme freisetzen zu lassen, und kontrollierte die Erwärmungsgeschwindigkeit durch Anpassung der Intensität des elektromagnetischen Feldes. Das Gewicht der Schweine-Niere beträgt etwa das 100-fache der 2023 vom Forschungsteam eingefrorenen Mäusenniere. Bischof erklärte, dass die Formel für die Kryoprotektoren angepasst werden musste, was drei Jahre in Anspruch nahm.
Die wiedererwärmte Niere wurde in einem Perfusionsgerät getestet und zwei Stunden lang in einen Schweinkörper transplantiert. Finger wies darauf hin, dass sie in beiden Fällen „sofort rosa wurden“. Diese Nieren begannen innerhalb von etwa einer Minute zu urinieren, wenn auch nur in zwei Dritteln der normalen Menge. Diese ein Jahr alte Niere urinierte sofort während des Tests im Perfusionsgerät und schien besser zu funktionieren als viele andere Nieren.
Potenzielle Auswirkungen der Organlagerung
Die Bedeutung dieser Studie liegt darin, dass die derzeitige Lagerungszeit für menschliche Organe nur 24 bis 36 Stunden beträgt, was die Übereinstimmung und den Transport dringend macht. Eine langfristige Lagerung von Organen könnte Ärzten mehr Zeit geben, um Spender und Empfänger abzugleichen, und möglicherweise das Immunsystem der Patienten vorbereiten, was die Notwendigkeit einer lebenslangen Einnahme von Immunsuppressiva verringern könnte. Finger sagte: „Jetzt warten die Organe auf die Patienten.“
Kevin Myer von der Organbeschaffungsorganisation LifeGift stellt sich eine Organbank vor, die jederzeit bereit ist, auf Notfälle wie Überdosierungen und Schussverletzungen zu reagieren. Dieser Erfolg folgt auf einen Meilenstein des Engineering Research Center ATP-Bio der National Science Foundation im Jahr 2025. Laut der University of Minnesota hatten Forscher des Massachusetts General Hospital eine Schweine-Niere bei etwa 5 Fahrenheit (-15 Grad Celsius) zehn Tage lang gelagert, bevor sie in einen lebenden Schweinkörper transplantiert wurde, wo sie ihre Funktion wiederherstellte.
Zukünftige Forschungsrichtungen
Diese Nieren sind jedoch nicht perfekt. Ihre Urinproduktion liegt unter den Erwartungen, und es zeigen sich Schäden, die die Forscher mit den Kryoprotektoren in Verbindung bringen. Greg Fahy, ein Pionier der Kryobiologie, der nicht an der Studie beteiligt war, erklärte, dass diese Experimente nicht zeigen können, ob die Nieren lebensunterstützend sind. Ein weiterer nicht an der Studie beteiligter Kryobiologe, Peter Kilbride, bezeichnete diese Arbeit als „einen bedeutenden Durchbruch, der die Hälfte des Problems gelöst hat“. Die nächsten Schritte umfassen längere Tests im Schweinkörper, die Verwendung weniger toxischer Kryoprotektoren und Experimente an menschlichen Nieren.
Potenzielle Anwendungen und Herausforderungen der Schweine-Nieren-Kryotechnologie
Der Erfolg dieser Technologie bringt neue Hoffnung für das Gebiet der Organtransplantation, insbesondere durch den Durchbruch bei der Lagerungszeit von Organen. Die aktuellen Lagerungszeiten für Organe schränken die Flexibilität bei Transplantationen ein, während die Ergebnisse dieser Studie die Verfügbarkeit von Organen erheblich verlängern könnten, was die Chancen der Patienten auf eine Transplantation verbessert. Darüber hinaus, obwohl die Wiederherstellung der Nierenfunktion derzeit Herausforderungen mit sich bringt, bietet diese Forschung eine Grundlage für zukünftige Experimente, insbesondere bei der Verwendung sichererer Kryoprotektoren und bei Tests an menschlichen Nieren. Diese Fortschritte könnten die Verwirklichung des Konzepts einer Organbank vorantreiben, um auf medizinische Notfälle zu reagieren.