Der weltweite Organmangel führt dazu, dass zahlreiche Patienten in terminalen Stadien von Herz-, Lungen-, Nieren- und Lebererkrankungen auf der Warteliste für ein neues Organ versterben. Daher werden zunehmend Organtransplantate nach erweiterten Kriterien (höheres Spenderalter, Vorhandensein von Pathologien, komplexe Voroperationen der Empfänger) akzeptiert. Eine weitere Limitation ist die Lagerung der Spenderorgane für den Transport auf Eis, um die Stoffwechselrate zu reduzieren und die Organe zu konservieren. Diese Kühlung und Eislagerung ist jedoch zeitlich limitiert und führt letztlich zur Organschädigung.

Daher werden Methoden zur Verbesserung der Organkonservierung sowie Evaluationskriterien, die zur Sicherung der Organqualität dienen, immer wichtiger. Unser Forschungsziel ist es daher, die Organlagerung und -behandlung weiterzuentwickeln, um die Nutzung von Organen von Spendern mit erweiterten Kriterien ohne Funktionsverlust zu ermöglichen.

Im Vergleich zur konventionellen statischen Kaltlagerung, bieten ex-vivo Perfusionssysteme eine alternative Konservierungsmethode, die die Qualität und Verfügbarkeit von Transplantaten verbessern kann. Sie bieten überdies das Potential zur Evaluation der Organqualität und eignen sich besonders dazu, Organe von Spendern mit erweiterten Kriterien für die Transplantation zu konditionieren. Die maschinelle Perfusion eines Organs kommt insbesondere in den Situationen in Frage, in denen lange Transportzeiten nicht vermieden werden können, die Transplantate besonders anfällig für Lagerungsschäden sind, oder die aktuelle Organqualität nicht für eine Transplantation ausreicht und erst geprüft und optimiert werden muss.

Wir forschen neben neuen Methoden zur Organerhaltung wie der perfusionsbasierten Therapie auch an der Entwicklung neuer Perfusionslösungen und deren organoprotektiven Zusätzen, um die Funktionalität von Transplantaten zu erhalten sowie nach ischämischem Schaden wiederherzustellen.

Die extrakoporale Maschinenperfusion eines Spenderorgans ermöglicht die ausgiebige Untersuchung und Beurteilung „unter Laborbedingungen“. Die Dauer der Zeit ohne Sauerstoffversorgung und Durchblutung wird bedeutend verkürzt, sodass der Ischämieschaden minimal ist. Wir arbeiten daran, auch bisher nicht nutzbare Spenderorgane (Infektion, nicht beurteilbar) zu optimieren durch z. B. Antibiotikagabe über mehrere Stunden.

Ein aktiver Stoffwechsel des Organs setzt eine ausreichende Versorgung mit Nährstoffen und Sauerstoff über eine maßgeschneiderte Perfusionslösung voraus. Für die extrakorporale, maschinelle Organperfusion bei Körpertemperatur werden Perfusionslösungen bisher häufig mit Erythrozyten versetzt, um einen hinreichenden Sauerstofftransport zu gewährleisten. Weil diese nicht immer in ausreichendem Maß vorhanden sind und bei langen Maschinenperfusionszeiten auch Schaden nehmen, nutzen wir in einigen Projekten künstliche Sauerstoffträger auf Perfluorocarbon-Basis anstelle von Erythrozyten.

Nach theoretischen Überlegungen und Zellkultur-basierten Experimenten müssen wir dabei auch auf Tierversuche zurückzugreifen, da die Komplexität eines Organs und deren Funktionalität sich nicht ausreichend in anderen Versuchsarten darstellen lässt. Wir realisieren Tierversuche auf Basis des 3R Prinzips in enger Kooperation aller beteiligten Arbeitsgruppen und konnten die benötigte Tierzahl auch durch Verwendung von Lungen vom Schlachthof reduzieren (Kalka, Am J Transl Res 2020). Des Weiteren werden Experimente der Arbeitsgruppen so abgestimmt, dass Mehrorganentnahmen durchgeführt werden und z. B Herz und Lunge (und Niere und Leber) eines Versuchstieres für die verschiedenen Versuchsserien parallel genutzt werden.

In enger Wechselwirkung zwischen Labor und Klinik hat sich am Universitätsklinikum Essen ein translationaler Schwerpunkt zur präoperativen Vorbereitung und Evaluation von zu transplantierenden Lungen und Herzen sowie Lebern und Nieren herausbilden können.