Forschung

Künstliche Gebärmutter lässt erfolgreich Lamm-Embryos heranwachsen (Video)

Published on March 3, 2019

Im Inneren, dessen, was wie ein übergroßer, mit Blut und Flüssigkeit gefüllter Reißverschlussbeutel aussieht, entwickelten sich acht Lamm-Embryos weiter – so wie sie es im Leib ihrer Mütter getan hätten. Über vier Wochen hinweg wuchsen ihre Lungen und ihr Gehirn heran, Wolle begann zu sprießen, sie öffneten die Augen, zappelten umher und lernten zu schlucken, so heißt es in einer neuen Studie, die den ersten Schritt in Richtung einer künstlichen Gebärmutter unternimmt. Eines Tages könnte dieses Gerät dazu beitragen, Frühgeborene außerhalb der Gebärmutter heranwachsen zu lassen — wenngleich es bislang nur an Schafen getestet wurde.

Es ist faszinierend, sich eine Welt vorzustellen, in der künstliche Gebärmütter Babys heranbilden und so das Gesundheitsrisiko einer Schwangerschaft vermeiden könnten. Es sei jedoch wichtig, den Daten nicht etwa vorauszueilen, sagt Alan Flake, Chirurg am Kinder-Hospital von Philadelphia in den USA und Hauptautor besagter Studie. Es ist ein völliger Zukunftsroman, zu denken, dass man einen Embryo einfach nehmen und ihn durch den frühen Entwicklungsprozess bringen und auf unsere Maschine bringen kann, ohne dass die Mutter das entscheidende Element dort ist”, betont er.

Eine künstliche Gebärmutter, die Babyschafe hervorbringen kann

An artificial womb that can grow baby sheep

This artificial womb successfully grew baby sheep — and humans could be next.

Gepostet von The Verge am Dienstag, 25. April 2017

Stattdessen geht es bei der Entwicklung einer äußeren Gebärmutter – die sein Team ‘Biobag’ nennt – darum, den Säuglingen, die Monate zu früh geboren wurden, eine natürlichere, gebärmutterähnliche Umgebung zu ermöglichen, in der sie sich dann weiterentwickeln können, sagt Flake.

Bildnachweis: Das Kinderkrankenhaus von Philadelphia.

Der Biobag mag nicht so sehr wie eine Gebärmutter aussehen, aber er enthält die gleichen Schlüsselelemente: einen klaren Plastikbeutel, der das Lamm-Embryo umschließt und es vor der Außenwelt schützt, so wie es die Gebärmutter tun würde; eine Elektrolytlösung, die das Lamm ähnlich wie das Fruchtwasser in der Gebärmutter umgibt; und eine Möglichkeit für den Fötus, sein Blut zu zirkulieren und Kohlendioxid gegen Sauerstoff auszutauschen. Flake und seine Kollegen veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Nature Communications.

Flake hofft, dass der Biobag die Betreuungsmöglichkeiten für extrem frühgeborene Säuglinge verbessert, die “gut dokumentierte, ungünstige Befunde” haben”, sagt er. Die Frühgeburt ist die häufigste Todesursache bei Neugeborenen. In den USA zum Beispiel werden etwa 10 Prozent der Babys vorzeitig. das heißt vor der 37. Schwangerschaftswoche geboren. Etwa 6 Prozent oder 30.000 dieser Geburten gelten als extrem verfrüht, was bedeutet, dass sie gar in oder vor der 28. Schwangerschaftswoche geboren wurden.

Diese Säuglinge brauchen eine sehr intensive Unterstützung, damit sie sich außerhalb des Körpers ihrer Mutter weiterentwickeln können. Die Babys, welche die Entbindung überleben, benötigen mechanische Beatmung, Medikamente und Infusionslösungen, die Nährstoffe und Flüssigkeiten liefern. Wenn sie es auf der Intensivstation schaffen, leiden viele dieser Säuglinge (zwischen 20 und 50 Prozent) danach immer noch unter einer Vielzahl von Gesundheitsproblemen, die sich aus der verkümmerten Entwicklung ihrer Organsysteme ergeben.

ES IST “TOTALE WISSENSCHAFTS-FIKTION“, ETWA ZU DENKEN, DASS SIE DAS OHNE DIE MUTTER TUN KÖNNTEN

Eltern müssen also kritische Entscheidungen treffen, ob sie energische Maßnahmen ergreifen, um diese Babys am Leben zu erhalten, oder ob sie eine weniger schmerzhafte, komfortable Betreuung ermöglichen wollen”, sagt die Neonatologin Elizabeth Rogers, Co-Direktorin des Intensive Care Nursery Follow-Up Program [übersetzt: Kinderintensivpflege Nachbetreuungs-Programm] des UCSF Benioff Kinder-Hospitals, die selbst nicht an der Studie beteiligt war. “Eines der unausgesprochenen Aspekte bei extremen Frühgeburten ist, dass es Familien gibt, die sagen: Hätte ich gewusst, dass das Ergebnis für mein Baby so schlimm sein könnte, hätte ich mich nicht entschieden, das alles durchzuziehen”.

Deshalb versuchen Wissenschaftler seit Jahrzehnten, eine künstliche Gebärmutter zu entwickeln, die ein natürlicheres Umfeld für ein Frühgeborenes schafft. Eine der größten Herausforderungen bestand darin, das komplizierte Kreislaufsystem, das die Mutter mit dem Fötus verbindet, nachzubilden: Das Blut der Mutter fließt zum Baby und zurück und tauscht Sauerstoff gegen Kohlendioxid aus. Das Blut muss mit ausreichend Druck fließen, jedoch kann eine externe Pumpe das Herz des Babys schädigen.

Um dieses Problem zu lösen, haben Flake und seine Kollegen ein Kreislaufsystem ohne Pumpe geschaffen. Sie verbanden die Nabelschnurblutgefäße des Kindes mit einem neuartigen Oxygenator, und das Blut bewegte sich gleichmäßig durch das System. Sanft genug, und tatsächlich reichte der Herzschlag des Tierbabys aus, um den Blutfluss ohne eine weitere Pumpe zu fördern.

SEIT JAHRZEHNTEN HABEN WISSENSCHAFTLER VERSUCHT, EINE KÜNSTLICHE GEBÄRMUTTER ZU ENTWICKELN

Das nächste zu lösende Problem war das Infektionsrisiko, denen Frühgeborene in offenen Inkubatoren auf der Intensivstation für Neugeborene ausgesetzt sind. Hier kommt der Biobag mit seinem künstlichen Fruchtwasser ins Spiel. Die Flüssigkeit strömt wie in einer Gebärmutter in den Beutel hinein und wieder heraus, entfernt Abfallstoffe, schützt den Säugling vor infektiösen Keimen im Krankenhaus und hält die sich entwickelnden Lungen des Embryos mit Flüssigkeit gefüllt.

Flake und seine Kollegen testeten den Aufbau bis zu vier Wochen lang an acht fötalen Lammembryos, die sich in der Schwangerschaft jeweils zwischen dem 105. und 120. Tag befanden – etwa so wie bei Säuglingen in der 22. bis 24. Schwangerschaftswoche. Nachdem die vier Wochen abgelaufen waren, wurden sie auf ein normales Beatmungsgerät wie ein Frühgeborenes auf einer Krankenhaus-Intensivstation umgestellt.

Die Gesundheit der Lämmer am Beatmungsgerät war fast so gut wie diejenige eines Lamms im gleichen Alter, das gerade mittels eines Kaiserschnitts geboren worden war. Dann wurden die Lämmer aus dem Beatmungsgerät genommen, und alle bis auf eines, das hinreichend entwickelt war, um selbständig zu atmen, wurden getötet, damit die Forscher ihre Organe untersuchen konnten. Ihre Lungen und Gehirne — d.h. die Organsysteme, die bei Frühgeborenen am anfälligsten für Schäden sind — stellten sich unversehrt und so entwickelt dar, wie sie bei einem Lamm sein sollten, das im Leib seiner Mutter aufgewachsen ist.

NATÜRLICH SIND LÄMMER KEINE MENSCHEN

Ein Lamm ist sind selbstverständlich nicht dasselbe wie ein Mensch — und sein Gehirn entwickelt sich mit einer anderen Geschwindigkeit. Den Autoren ist ausdrücklich bewusst, dass die Forschung und die Sicherheit dieses Geräts noch weiter entwickelt werden müssen, bevor es an Säuglingen angewendet werden kann. Sie haben bereits damit begonnen, es an Lämmern in Menschengröße zu testen, die früher in der Schwangerschaft in die Biobags eingebracht wurden. Und sie überwachen die wenigen Lämmer, die überlebt haben, nachdem sie vom Beatmungsgerät genommen wurden, um nach langfristigen Problemen zu forschen. Bisher scheinen die Lämmer dabei ziemlich gesund zu sein. “Ich denke, es ist realistisch, sich erste Versuche an menschlichen Embryos in etwa drei Jahren vorzustellen”, so Flake.

“Es ist so interessant und wirklich innovativ”, sagt Rogers. “Sich in einer künstlichen Umgebung weiterentwickeln zu können, kann die zahlreichen Probleme reduzieren, die dadurch entstehen, dass man einfach zu früh geboren wurde.” Rogers fügt hinzu, dass nicht jede Einrichtung über die Ressourcen oder das Know-how verfügt, um werdende Mütter mit modernster Betreuung zu versorgen — ein Problem, das der Biobag nicht lösen kann. „Wir wissen, dass es nach der Frühgeburt bereits Unterschiede gibt. Wenn Sie Zugang zu einer hochqualifizierten regionalisierten Versorgung haben, sind Ihre Ergebnisse oft besser als wenn Sie dies nicht haben“, sagt sie.

“ICH BIN IMMER NOCH SPRACHLOS, WENN ICH UNSERE LÄMMER ANSCHAUE”

Und Rogers sorgt sich darüber, wie der Wirbel um den Biobag möglicherweise die Eltern beim Umgang mit ihren Frühgeborenen beeinflussen könnte. “Ich denke, dass viele Menschen von Frühgeburten heimgesucht wurden, und sie denken vielleicht, dass dies eine Wunderwaffe sein wird. Und ich glaube, dass eine Frühgeburt wirklich etwas sehr Kompliziertes ist.“ Prävention zu ihrer Verhinderung sollte oberste Priorität haben, sagt sie, und der Biobag könnte dazu beitragen, diese Forschung voranzutreiben.

Für Flake geht die Forschung jedenfalls weiter. “Ich bin immer noch sprachlos, wenn ich unsere Lämmer anschaue”, sagt er. “Ich denke, es ist einfach eine erstaunliche Sache, dort zu sitzen und dem Fötus im Biobag zuzusehen, während er sich so verhält, wie er sich normalerweise im Mutterleib verhalten würde … Es ist ein wirklich beeindruckendes Unterfangen, einen normalen Reifeprozess außerhalb der Mutter fortsetzen zu können.“

Verweise:

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