COPD: Kommt die implantierbare Lunge?

Für Patientinnen und Patienten mit akutem Lungenversagen ist häufig die extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO), bei der der Gasaustausch des Blutes außerhalb des Körpers stattfindet, die letzte Behandlungsoption. Beim chronischen Lungenversagen gibt es diese Option nicht, denn eine Langzeitnutzung der ECMO ist nicht möglich. Hier kann bisher nur ein Lungentransplantat helfen, aber Spenderorgane sind rar.

Im Interview mit MEDICA.de erklärt Prof. Rolf Rossaint, wie stattdessen ein implantierbares Lungenunterstützungssystem eingesetzt werden könnte, für das derzeit die Grundlagen geschaffen werden.

Herr Prof. Rossaint, was ist das Ziel des Schwerpunktprogramms "Towards an Implantable Lung"?

Prof. Rolf Rossaint: Es gibt heute sehr viele Menschen mit schwerster chronisch-obstruktiver Lungenerkrankung (COPD). Derzeit ist COPD die vierthäufigste Todesursache weltweit, in einigen Jahren könnte es die dritthäufigste sein. Bei diesen Patientinnen und Patienten gibt es in einem fortgeschrittenen Stadium der Erkrankung einen hohen Bedarf, die Lunge partiell zu unterstützen. Deshalb arbeiten wir daran, die Grundlagen für eine künstliche, implantierbare Lunge zu schaffen, ähnlich heutigen implantierbaren Herzen.

Heutige Lungenersatzsysteme haben große Beschränkungen – wie wollen Sie diese adressieren?

Rossaint: Bei heutigen künstlichen Lungen kommt das Blut mit einer sehr viel größeren körperfremden Oberfläche in Kontakt als etwa bei einem Herzunterstützungssystem. Es muss an Membranen vorbeilaufen, über die der Gasaustausch artifiziell herbeigeführt wird. An diesen Flächen kommt es zur Gerinnungsaktivierung, sodass bei den Patientinnen und Patienten nach kurzer Zeit Blutungskomplikationen oder Gerinnungsereignisse eintreten. Es kommt zu Thrombosen, die die Oxygenatoren verstopfen. Hier ist also in der Langzeitanwendung keine gute Biokompatibilität gegeben.

In unserem Programm arbeiten wir auf verschiedenen Feldern, um das zu verbessern. Wir behandeln Fragen wie: Wie kann man ein solches System implantieren? Mit welchen Strategien kann man eine Gerinnung verhindern? Kann man etwa die Oberfläche der Oxygenatoren bearbeiten, kann man Patientinnen und Patienten bestimmte Medikamente geben oder kann man das ganze System sogar mit einem Lungenendothel auskleiden, sodass keine Gerinnungsaktivierung stattfindet? Und was passiert im Bereich der Entzündung? Löst eine so große Fremdoberfläche eine generalisierte Entzündungsreaktion aus oder kann man das verhindern?

Im Zuge der Corona-Pandemie sind auch ECMO-Systeme bekannter geworden, die auf der Intensivstation eingesetzt werden. Wie könnte man sich im Vergleich ein Unterstützungssystem vorstellen, das Sie entwickeln?

Rossaint: Die ECMO-Systeme sind große, stationäre Geräte, die im Moment vor allem bei COVID-Patientinnen und -Patienten mit akutem Lungenversagen eingesetzt werden. Wenn es aber darum geht, nur einen Teil des Gasaustausches zu übernehmen, kann man aber auch an viel kleinere Geräte denken. Diese Patientinnen und Patienten haben häufig Schwierigkeiten, das CO2 im Blut zu eliminieren. Wenn man also in dieser Situation nur einen Teil des CO2s eliminieren will oder muss, können die Geräte kleiner ausfallen. Diese könnten dann sogar implantierbar sein.

Sie müssten also nicht unbedingt so aussehen wie etwa heutige Herzunterstützungssysteme?

Rossaint: Nein, das könnte man miniaturisieren. Bei uns geht es natürlich auch darum, wie man dieses Ziel erreicht. Da gibt es technisch eine ganze Reihe von Möglichkeiten. Deshalb arbeitet in allen Teilprojekten unseres Programms auch die Medizin mit Grundlagenwissenschaftlern zusammen, etwa mit Ingenieursfächern, der Physik, Mathematik oder Informatik.

Wann könnte man mit ersten Ergebnissen rechnen?

Rossaint: Ich kann mir vorstellen, dass wir innerhalb der sechs Jahre Förderzeit einige Grundvoraussetzungen dafür schaffen, wie ein solches System aufgebaut sein müsste. Dann werden aber sicherlich noch einmal zehn bis zwölf Jahre vergehen, bis es ein implantierbares Gerät gibt, das wirklich für die Langzeitanwendung geeignet ist.

Wie schätzen Sie die Bedeutung von solchen technischen Ersatzsystemen im Vergleich zur tatsächlichen Organspende ein?

Rossaint: Als sehr hoch. Wir wissen, dass wir gar nicht genügend Transplantatmöglichkeiten für die Lunge haben und dass es auch sehr lange so bleiben wird, wenn man den heutigen Bedarf betrachtet. Wenn man berücksichtigt, wie häufig COPD heute schon zum Tod führt, könnten wir die Leidensphase vieler Patientinnen und Patienten am Ende der Erkrankung deutlich minimieren und dabei helfen, dass ihre Lebensqualität erhalten bleibt.

Die Dialyse gibt es erst seit etwa 50 Jahren, heute ist sie Standard. Herzunterstützungs- und -ersatzsysteme gibt es erst seit 20 oder 30 Jahren in diesem Ausmaß. Ich denke, es wird ähnlich sein, wenn wir eines Tages eine künstliche Lunge haben werden: Es wird eine weite Verbreitung finden, weil der Bedarf nahezu unermesslich hoch ist.