Biotechnologie

Falschmeldungen machen manchmal erstaunliche Karrieren – die von der Labormaus mit dem angeblichen Menschenohr brachte es zu Weltruhm. Jetzt hat ein deutscher Forscher P.M. den Hintergrund erläutert und uns eine spannende Wissenschafts-Story erzählt, in der kaputte Sportlerknie vorkommen und Michael Jacksons Schrumpelnäschen, Suppenknochen, Qualitätsknorpel und vier Brüder, die alle Ärzte sind. Tusch, Fanfare! Hier ist sie: die wahre Geschichte der Ohrmaus.

Erinnern Sie sich an das Foto von der kleinen nackten Maus, auf deren Rücken ein Menschenohr wächst? Als »Ohrmaus« ging das Bild des Tierchens vor zehn Jahren um die Welt. Es gab einen Proteststurm – nicht nur von besorgten Tierschützern, sondern auch von Wissenschaftlern, die sich fragten: Was soll das? Zeitungen und Zeitschriften schlachteten das Thema aus – nicht immer korrekt, wie sich später herausstellte. Von einem »Durchbruch in der Transplantationschirurgie« berichtete »Die Welt« am 25.10.1995. Also war das Ohr eines Menschen auf den Rücken einer Maus transplantiert worden? Keineswegs. Wer weiterlas, erfuhr, dass es sich um ein medizinisches Kunstprodukt handelte: Knorpelzellen, die im Labor in Ohrform gezüchtet und dann auf die Maus gepflanzt worden waren. Auch wir bei P.M. behielten die Maus über all die Jahre als Mischwesen von Mensch und Tier, als so genannte Chimäre, in Erinnerung. Deshalb gelangte ihr Foto in unsere Geschichte über Chimären in Heft 7/05.

Doch was wäre P.M. ohne seine aufmerksamen Leser! Fehler, Unstimmigkeiten bleiben nicht unbemerkt, und auch wenn’s gelegentlich schmerzt – wir sind dankbar für kundige Berichtigungen. Zumal wenn sie so humorvoll sind wie die von P.M.-Abonnent Professor Dr. Norbert M. Meenen, der uns in Sachen »Ohrmaus« nicht nur belehrte, sondern auch den neuesten Insider-Witz erzählte ... Zunächst die Fakten. Professor Meenen ist Leitender Oberarzt am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Unfallchirurg und Knorpel-Experte. Folgendes schrieb er uns zur Entstehungsgeschichte des Ohrmaus-Fotos: »Jay Vacanti von der Harvard-Universität war auf die Idee gekommen, isolierte Knorpelzellen von Rindern in einen resorbierbaren Polymerträger zu säen, der die Form eines menschlichen Ohrs hatte. Diese Formkörper transplantierte er in immun-inkompetente Mäuse. Es handelt sich nicht um ein Human-Hybrid mit menschlichen Zellen.«

Aber warum das alles, Herr Professor? Welchem medizinischen Zweck dient Rinderzellengewebe in menschlicher Ohrform auf einem Mäuserücken? Wir verabredeten uns mit Meenen in Hamburg und erfuhren mehr: »Die Ohrmaus war als öffentlicher Aufreißer gedacht«, erklärte der Experte. Jay Vacanti wollte Aufmerksamkeit für seine jahrelange Forschungsarbeit wecken. Seit 1985 hatte der Transplantationschirurg gemeinsam mit dem Chemie-Ingenieur Robert Langer vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) unbeachtet und von Kollegen belächelt an einer Methode gearbeitet, Gewebe auf eigens dafür entwickelten dreidimensionalen Polymer-Gerüsten zu züchten. Nun wollte er an die Öffentlichkeit und brauchte dafür zwei Dinge: ein außergewöhnliches Foto und einen einleuchtenden medizinischen Zweck. Obwohl Vacanti bereits mit Zellen für andere Körperteile experimentiert hatte, entschied er sich für Ohr- und Nasenknorpel als Demonstrationsobjekt. »Jeder versteht, dass jemand, der bei einem Unfall Ohr oder Nase verloren hat, diese wiederhaben will«, erläuterte uns Professor Meenen, der Jay Vacanti mehrmals getroffen hat. »Denken Sie nur an Michael Jackson und die kleine Schrumpelnase, die er sich hat zurechtschneidern lassen.«

Allerdings. Das versteht jeder. Vacantis Rechnung ging auf, die »Ohrmaus« wurde ein Medien-Hit, und seither verfolgen Fachleute wie Meenen – mehr oder weniger amüsiert – ihre Karriere als Falschmeldung. »Haben Sie schon gehört?«, fragte uns der Professor augenzwinkernd. »In London hat eine Frau eine Ohrmaus geboren ... Klicken Sie mal im Internet urbanreflex.com, Sie werden staunen.« Tatsächlich: St. Margaret’s Hospital, London, nach künstlicher Befruchtung bringt Schwangere Ohrmaus zur Welt, Kliniksprecher bedauert, »dass unsere genetische Versuchsabteilung denselben Kühlschrank benutzte wie die Kinderwunsch-Ambulanz«. So weit hat sie es also gebracht, die kleine, nackte, nichts ahnende Labormaus – auf eine Gaudi-Seite im Internet, die auch »Nachrichten« wie diese verbreitet: »Neue Krise in der Landwirtschaft – Kühe weltweit von Gras gelangweilt.«

Zurück zum medizinisch ernsthaften Kern. »Jay Vacanti war für mich ein Impulsgeber mit vielen tollen Ideen«, sagt Professor Meenen, der Hamburger Unfallchirurg, über seinen US-Kollegen. Vacanti arbeitete mit seinen drei jüngeren Brüdern – Chuck und Frank sind Anästhesisten, Marty ist Pathologe – schon vor zwanzig Jahren an der Züchtung differenzierten menschlichen Gewebes als Ersatz für verletzte oder durch Krankheiten zerstörte Teile des menschlichen Körpers. Als er die Ohrmaus unter dem Fantasienamen »Auriculosauris« der Öffentlichkeit vorstellte, war er überzeugt, dass es bald gelingen würde, nicht nur Gewebe, sondern auch ganze Organe im Labor herzustellen.

Aber die hochfliegenden Pläne gingen nicht so schnell in Erfüllung, wie die Vacantis – und mit ihnen Wissenschaftler auf der ganzen Welt – gehofft hatten. »Alles ist viel komplizierter, als wir es uns vorgestellt haben«, erklärt Norbert Meenen. Zunächst lehnten renommierte Fachzeitschriften Beiträge der Vacanti-Brüder mit der Begründung ab: nicht relevant für die medizinische Entwicklung. Erst als es den vier Ärzten gelungen war, einem zwölfjährigen Jungen zu helfen, der mit einem Loch im Brustkorb zur Welt gekommen war, drehte sich der Wind. Sie entnahmen dem Brustbein des Jungen Knorpelzellen und säten sie auf eine in Nährlösung getränkte Kunststoffplatte. Nach einigen Wochen hatten sie sich vermehrt und wurden samt der Platte, die etwa die Größe einer CD hatte, in den Brustkorb des Jungen implantiert. Wenig später verhalfen die Vacantis einem Mann, der bei einem Arbeitsunfall den Daumen verloren hatte, zu einem neuen Finger. Chuck, der zweitälteste Bruder, feilte ein Stück Meereskoralle in die richtige Form, impfte sie mit Knochenzellen aus dem Handgelenk des Mannes, umwickelte das Ganze mit Haut und verpflanzte es auf den Daumenstumpf. Der Finger sah nicht sehr schön aus, war aber für den Mann, von Beruf Landschaftsgärtner, weitgehend funktionstüchtig.

Seither hat sich aus den Experimenten der vier Vacanti-Brüder ein neuer Zweig der Biotechnologie entwickelt: Tissue Engineering – Gewebezüchtung in der Retorte. Auch unser Informant Professor Meenen ist ein »Gewebe-Ingenieur«: Er leitet seit 1996 am Universitäts-Klinikum Hamburg-Eppendorf eine Arbeitsgruppe, die sich mit der Züchtung von Knorpel beschäftigt. Doch forscht er nicht mit Ohren- und Nasenknorpeln, wie sie die Vacantis für die plastische Chirurgie so spektakulär mit der Ohrmaus vorgeführt haben. Dem Hamburger Unfallchirurgen geht es um Gelenkknorpel – aus gegebenem Anlass: Durch die Fitnesswelle der letzten Jahre hat die Zahl der Verletzungen an Knie- und Sprunggelenken enorm zugenommen. Fast täglich operiert Meenen Knie von Läufern mit schweren Knorpelschäden. »Der Breitensport mit Risikosportarten führt zu schlimmen Gelenkproblemen«, warnt der Chirurg. Ein nicht mehr funktionierender Gelenkknorpel fällt zwar optisch nicht so auf wie eine fehlende Nasenspitze, er kann aber wesentlich mehr Schmerzen verursachen. Und Gelenkknorpel ist viel größeren Belastungen ausgesetzt – eine besondere Herausforderung für die Züchter. Noch sind sie nicht so weit, dass sie dem Menschen künstliche Knorpel einsetzen können.

Eine Methode, die in Hamburg und anderen deutschen Kliniken angewandt wird, heißt Autogene Osteochondrale Transplantation (AOT). Dabei wird an einer wenig belasteten Stelle unter der Kniescheibe ein zylinderförmiges Stück Knochen samt Knorpel entnommen und in ein vorgefrästes Loch an der Verletzungsstelle eingesetzt. Die Ergebnisse des Eingriffs sind gut. Die meisten Patienten können danach wieder Sport treiben. Außerdem ist die Operation kostengüns-tig, es wird ja nur körpereigenes Material verwendet.

Wesentlich schonender für das Gelenk wäre allerdings ein Verfahren, bei dem man ohne die Entnahmedefekte des Eigenknochentransplantats auskommen könnte. Danach sucht die Hamburger Arbeitsgruppe. »Gerade die Eigenschaften, die Knorpelschäden in der klassischen Medizin so schwer behandelbar machen, erweisen sich beim Tissue Engineering als besonders günstig«, erklärt Meenen. »Knorpel ist nicht durchblutet. Wenn ich hineinschneide, heilt das nicht. Knorpel verklebt nicht und bildet keine Narben, weil er keine Gefäße hat. Er besteht nur aus einer einzigen Zellart und wird über die Gelenkflüssigkeit ernährt. Dies alles macht ihn zum idealen Kandidaten für die Gewebezüchtung.«

Andere Gewebe, zum Beispiel lebenswichtige Organe wie Niere, Leber, Herz oder Bauchspeicheldrüse, sind viel komplizierter aufgebaut. Sie brauchen Stützgewebe und unterschiedliche Gefäße zum Transport von Blut oder Gallenflüssigkeit. Zwar ist es gelungen, einzelne Zellen dieser Organe zu züchten und damit zum Beispiel schlaffe Teile des Herzmuskels zu unterstützen oder die Entgiftungseigenschaften von Leberzellen zu nutzen. Aber noch konnten die »Gewebe-Ingenieure« kein Netzwerk aus Gefäßen produzieren, das die Funktion des ganzen Organs garantieren würde. Größer schätzt Professor Meenen die Erfolgschancen bei gefäßfreiem Gewebe ein, wie der obersten Hautschicht oder eben Knorpel. Eugene Bell vom MIT gelang es schon 1979, Hautlappen zu züchten. Das Verfahren kommt heute Brandopfern zugute, deren Verletzungen so großflächig sind, dass sie nicht mehr mit Eigenhauttransplantaten behandelt werden können.

Bei der Züchtung von Gelenkknorpel zur Reparatur kaputter Sportlerknie experimentieren Norbert Meenen und seine Kollegen zurzeit im Tierversuch. »Mit Schweinen«, sagt der Chirurg, »weil man da ohne Lupe operieren kann.« Ein Bioverfahrenstechniker lässt Knorpelzellen, die Meenen vorher einem Schwein entnommen hat, in der Gewebekultur wachsen. Die Nährflüssigkeit muss Vitamin C enthalten, eine Grundvoraussetzung für die Kollagenproduktion. Es dauert 28 Tage, bis sich der Knorpel entwickelt hat. »Dann muss er reifen wie ein guter Wein«, sagt Meenen. Qualitätsknorpel ist weiß, glänzend und elastisch – wie der Knorpel eines abgenagten Hühnerbeins.

Doch mit der Züchtung des perfekten Knorpelgewebes ist es nicht getan. »Das würde nicht auf dem Gelenkknochen halten, sondern wegschwimmen«, erklärt Meenen. Deshalb säen die Wissenschaftler ihre Knorpelzellen auf künstlich im Labor hergestelltes Knochenersatzmaterial aus Kalziumphosphat. »Sie müssen sich das vorstellen wie das Material, das übrig bleibt, wenn Sie einen Suppenknochen auskochen«, veranschaulicht der Chirurg. Der künstliche Knochen wird nach der Transplantation vom echten Knochen angenommen und verbindet sich mit ihm.

»Die Schweine vertragen die kleine Operation in Vollnarkose gut. Sie leiden nicht, sondern laufen gleich wieder herum«, beruhigt Meenen besorgte Tierfreunde. Das Implantat im Tiergelenk wird über mehrere Jahre beobachtet. Noch sind die Wissenschaftler mit der Anpassung des Ersatzknorpels an das native Gewebe nicht ganz zufrieden. Meenen: »Das Produkt ist noch nicht gut genug. Wir müssen noch an unserem Biomaterial arbeiten.«

Für den Einsatz beim Menschen braucht man als Ausgangsmaterial menschliche Zellen, da Schweinezellen vom Immun-system abgestoßen würden. Gelegentlich experimentieren Meenen und sein Team mit menschlichem Knorpelgewebe, das bei Operationen anfällt. Das ist aber nur mit schriftlicher Einwilligung des Patienten erlaubt. Große Hoffnung setzen die Wissenschaftler deshalb auf die geplante Forschung mit adulten Stammzellen. Sie ist im Gegensatz zur Arbeit mit embryonalen Stammzellen ethisch nicht umstritten, ebenso wenig wie Tissue Engineering insgesamt, gegen das sogar der Vatikan ethisch nichts einzuwenden hat. Die adulten Stammzellen werden durch Punktion mit einer Kanüle aus dem Beckenknochen entnommen und im Labor so umprogrammiert, dass sie sich zu Knorpelzellen entwickeln.

Wenig hält Professor Meenen von dem Verfahren einer Biotechfirma, mit dem manche Ärzte bereits arbeiten. Dabei werden die Knorpelzellen des Patienten auf Trägern aus Rattenkollagen weitergezüchtet und dann gleich implantiert. »Ein paar Kollagenfasernetze aus Rattenschwänzen, mit einigen Zellen drauf – das ist kein richtiges Tissue Engineering«, sagt der Hamburger Forscher. Niemand kenne die langfristigen Ergebnisse für Patienten. Meenen will »einwandfreies, belastbares und reifes körpereigenes Knorpelgewebe im Reagenzglas züchten, um es dem Patienten einzubauen«. Das wird noch ein paar Jahre dauern.

Während man in Hamburg intensiv, aber still Grundlagenforschung treibt, suchen die spektakulären Vacanti-Brothers immer wieder Sensationen für die Öffentlichkeit. Zuletzt berichteten sie Hoffnungsvolles für Querschnittgelähmte: Im Laborversuch entfernten sie jeweils ein Stück aus der Wirbelsäule von Ratten und ersetzten es durch ein mit neuronalen Stammzellen geimpftes Modellgerüst. Wenige Monate später sind die zuvor querschnittgelähmten Tiere nach Angaben der amerikanischen Forscher wieder im Käfig herumgesprungen. Der Schauspieler Christopher Reeves, querschnittgelähmt nach einem Reitunfall, hat in Projekte wie dieses jahrelang Millionensummen investiert. Als Reeves im Oktober 2004 starb, war er noch immer an den Rollstuhl gefesselt, doch er blieb überzeugt, dass sein Leiden irgendwann heilbar werden würde. Professor Meenen will dieser Hoffnung nicht grundsätzlich widersprechen: »Die Vacantis sind verdienstvoll, sie packen zentrale Punkte an und veröffentlichen sie publikumswirksam. Aber wir sollten uns nicht täuschen lassen: Das Tissue Engineering bietet keine schnellen Lösungen, wird aber sicher ein Teil unseres zukünftigen Lebens sein.«