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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lösung zur Evaluierung und Konservierung
für Organe,
Gewebe und Teile davon von Menschen und Tieren zur Transplantation,
Verfahren zur Evaluierung und Aufbereitung solcher Organe, Gewebe
und Teile davon ex vivo und die Verwendung der besagten Lösung.
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Bisheriger
Stand der Technik
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In
der klinischen Organtransplantation sind heutzutage Nieren, Lebern,
Herzen und Lungen die häufig transplantierten
Organe. Pankreas wird noch nicht sehr oft transplantiert und Transplantationen
von Dünndarm und
anderen Organen befinden sich im Experimentierstadium. Im Hinblick
auf die Konservierung von Nieren, Lebern, Herzen und Lungen ist
die kalte ischämische
Konservierung der Goldstandard. Das heißt, dass das Organ, das konserviert
werden soll, mit kalter Konservierungslösung durchspült wird
und dass das Organ danach in derselben kalten Lösung eingetaucht wird, bis
es transplantiert werden kann. Die heutzutage am häufigsten
verwendete Konservierungslösung
ist die Lösung
der University of Wisconsin (UW). Für die Konservierung von Nieren
und Lebern ist UW die am häufigsten
verwendete Konservierungslösung.
Sie wird auch mehr und mehr für
Herzen verwendet, aber für
Herzen ist die St. Thomas Lösung
in verschiedenen Modifikationen immer noch die am meisten verbreitete
Lösung.
Eine neue, in den letzten paar Jahren für die Konservierung von Herzen
verwendete Lösung
ist Celsior, bei der es sich um eine Lösung, die der UW-Lösung sehr ähnlich ist,
handelt, mit der Ausnahme, dass die Kaliumkonzentration wesentlich
niedriger ist. Für
Lungen ist die Euro-Collins-Lösung
immer noch die am häufigsten
verwendete Lösung,
aber Perfadex wird in zunehmendem Maß verwendet. Was alle diese
Lösungen
gemeinsam haben, ist das, was anfänglich dargelegt wurde, das heißt, dass
die Organe mit kalter Lösung
durchspült
und danach in derselben kalten Lösung
eingetaucht werden. Für
Nieren und Lebern wird klinisch eine gute Konservierung für bis zu
24 Stunden erreicht, die meisten Transplantationschirurgen akzeptieren
für Lungen
6 Stunden und für
Herzen 4 Stunden Dauer der kalten Ischämie. Die Organe, die transplantiert
werden sollen, müssen
bisher von sogenannten hirntoten Spendern, deren Herzen aber schlagen,
gewonnen werden oder von Personen, deren Herzen nicht mehr schlagen,
müssen sie
innerhalb von Minuten nach dem Tod gewonnen werden, wenn die Möglichkeiten
zu einer akuten Entnahme und die Einwilligung der Angehörigen, dies
zu tun, zufällig
gegeben sind; solche Fälle
sind selten und werden den Mangel an Spenderorganen nicht beheben.
Dies wird auch für
Lebern und Nieren akzeptiert. Wenn jedoch die Organspende von Spendern,
deren Herzen nicht mehr schlagen, ein kontrolliertes klinisches
Verfahren sein wird, gibt es einen Bedarf nach einer Lösung zur
Evaluierung und Konservierung für
Organe von Spendern, deren Herzen nicht mehr schlagen; es wurden
aber bisher keine befriedigenden Lösungen für diesen Zweck hergestellt.
Wenn dieses Problem, dass es an einer geeigneten Lösung dieser
Art mangelt, gelöst werden
könnte,
wäre eine
größere Zahl
von Organen für
Transplantationen verfügbar
und das Problem des Organmangels könnte im Wesentlichen behoben
werden. Derzeit sterben oder leiden weltweit Tausende von Menschen,
während
sie auf Organe zur Transplantation warten. Keine der Lösungen,
die derzeit für
die kalte ischämische
Konservierung in Gebrauch sind, konnte als Evaluierungslösung für Organe
von einem Spender, dessen Herz nicht mehr schlägt, verwendet werden. Die „University
of Wisconsin"-Lösung und
die Euro-Collins-Lösung
haben einen intrazellulären
Kaliumgehalt, der bei Normothermie zu Gefäßspasmen führt, und St. Thomas und Celsior
werden dieselbe Wirkung, wenn auch nicht in gleichem Ausmaß, haben.
Perfadex, bei dem es sich um eine Dextranlösung mit niedrigem Kaliumgehalt
handelt und das verwendet werden könnte, wenn es mit Erythrozyten
gemischt ist, hat nicht den onkotischen Druck, der für das Perfundieren
zum Beispiel von Lungen ohne Entwicklung eines Ödems erforderlich ist.
- Jacobsen,
IA offenbart eine hypotherme Perfusion von Kaninchennieren in Cryobiology
(1978), 15(3), 290-301 („Continuous
hypothermic perfusion of rabbit kidneys").
- Pegg, D.E. et al. offenbaren Techniken der hypothermen Perfusion
in Cryobiology (1973), 10(1), 56-66 („Renal preservation by hypothermic
perfusion. I. The importance of pressure-control").
- SU 1109110 (Dzhafarov
AI et al.) offenbart die Konservierung von Lebern zur Transplantation
in einer albuminhaltigen Lösung
unter hypothermen Bedingungen.
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Aufgabe der
Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Lösung des oben erwähnten Problems
des Mangels an einer Lösung,
welche die Evaluierung und Konservierung von Organen, Geweben und
Teilen davon von Menschen und Tieren, besonders von Spendern, deren
Herzen nicht mehr schlagen, zur Transplantation ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine kombinierte Evaluierungs- und Konservierungslösung, die
von der im Zuge der Einleitung erwähnten Art ist und die im beschreibenden
Teil des unabhängigen
Anspruchs definiert ist, gelöst.
Bevorzugte Ausführungsarten
der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch eine gemischte, gebrauchsfertige
Lösung,
welche die Lösung zur
Evaluierung und Konservierung und rote Blutkörperchen umfasst.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Evaluierung
von Organen, Geweben und Teilen davon von Menschen und Tieren ex
vivo und ein Verfahren zur Aufbereitung solcher Organe, Gewebe und Teile
davon.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung der oben erwähnten Evaluierungs-
und Konservierungslösung
zur Evaluierung und Konservierung von Organen, Geweben und Teilen
davon.
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Beschreibung
der Abbildungen
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1 zeigt
schematisch einen Lungenperfusionstest mit einer Evaluierungs- und
Konservierungslösung,
die im Zusammenhang mit dem Test und den Abbildungen als Kurzzeit-Evaluierungslösung, in
der sowohl Dextran 40 als auch Serumalbumin fehlen, be zeichnet wird,
als Funktion der Gewichtszunahme (in kg angegeben) der Lunge und
der Zeit.
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2 zeigt
schematisch einen Lungenperfusionstest mit einer Evaluierungslösung mit
50 g/L Dextran 40, aber ohne Serumalbumin vom Menschen, als Funktion
der Gewichtszunahme (in kg angegeben) der Lunge und der Zeit.
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3 zeigt
schematisch einen Lungenperfusionstest mit einer Evaluierungslösung mit
70 g/L Serumalbumin vom Menschen, aber ohne Dextran 40, als Funktion
der Gewichtszunahme (in kg angegeben) der Lunge und der Zeit.
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4 zeigt
schematisch einen Lungenperfusionstest mit einer Evaluierungslösung, die
35 g/L Serumalbumin vom Menschen und 25 g/L Dextran 40 enthält, als
Funktion der Gewichtszunahme (in kg angegeben) der Lunge und der
Zeit.
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5 zeigt
schematisch einen Lungenperfusionstest mit einer Evaluierungslösung, die
70 g/L Serumalbumin vom Menschen und 5 g/L Dextran 40 enthält, als
Funktion der Gewichtszunahme (in kg angegeben) der Lunge und der
Zeit.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Nach
umfangreichen Studien und Experimenten ist der Erfinder zu dem Schluss
gekommen, dass die verwendete Lösung
einen physiologischen onkotischen Druck haben muss, um Organe von
einem Spender, dessen Herz nicht mehr schlägt, perfundieren und sie bei
Normothermie evaluieren zu können.
Anderenfalls wird sich ein Ödem
entwickeln. Die Puffer und die Elektrolytkonzentration in einer
derartigen Lösung
müssen denen
im Plasma ähnlich
sein und mit roten Blutkörperchen
verträglich
sein. (Eine Perfusion bei 37°C
ohne oxygenierte rote Blutkörperchen
würde das
Organ infolge der warmen Ischämie
zerstören.)
Weiter sollte die Lösung
auch Verbindungen, welche die Mikrozirkulation in den Kapillaren
eröffnen,
enthalten. Weiterhin hat der Erfinder erkannt, dass die Gegenwart
einer Verbindung, die das Endothel beschichtet, unerwünschte Substanzen
abfängt
und eine entgiftende Wirkung hat, erforderlich ist. Eine weitere
Maßgabe besteht
darin, dass die Lösung
nach dem Schritt der Perfusion/Evaluierung des Organs oder Gewebes
als zufriedenstellende Konservierungslösung fungieren kann, so dass
sie nach der Evaluierung zur kalten, ischämischen Aufbewahrung verwendet
werden kann, wenn dies der zweckmäßigste Weg wäre, das
Organ zum Empfänger
zu transportieren.
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Die
Lösung
zur Evaluierung und Konservierung für Organe, Gewebe und Teile
davon von Menschen und Tieren umfasst Serumalbumin in einer Konzentration
von 55-105 g/L, eine Fänger-
(Scavenger) und Beschichtungsverbindung, bevorzugt Dextranmoleküle und Derivate
davon in einer Konzentration von etwa 1-55 g/L zusammen mit einer
physiologischen Serumkonzentration von Salzen und Nährstoffen
in einem physiologisch akzeptablen Medium. Vorzugsweise umfasst
die Lösung
zur Evaluierung und Konservierung gemäß der vorliegenden Erfindung
65-85 g/L, am meisten bevorzugt 75 g/L Serumalbumin vom Menschen.
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Vorzugsweise
umfasst die Lösung
zur Evaluierung und Konservierung gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Dextranverbindung in einer Konzentration von 2-20 g/L, am bevorzugtesten
von 5 g/L, und Dextran 40 wird am meisten bevorzugt. Andere Beispiele
kommerziell erhältlicher,
verwendbarer Dextranmoleküle
sind Dextran 60 und Dextran 70.
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Die
Salze, die in der der vorliegenden Erfindung gemäßen Lösung enthalten sind, umfassen
Natrium-, Kalium-, Calcium-, Magnesium-, Phosphat-, Hydrogencarbonat-
und Chloridionen und die Nährstoffe
umfassen physiologisch akzeptable Kohlenhydrate, vorzugsweise Glucose,
Fettsäuren,
zum Beispiel essentielle Fettsäuren
und Aminosäuren,
zum Beispiel essentielle Aminosäuren.
Die der vorliegenden Erfindung gemäße Lösung kann auch einen Vasodilatator,
vorzugsweise Papaverin, Antibiotica, fibrinolytische Bestandteile
wie zum Beispiel Actilyse, auch „Alteplase" (Gewebsplasminogenaktivator vom Menschen)
genannt, und Thrombozyten-Rezeptor-Blocker wie zum Beispiel Reopro,
auch „Abciximab" genannt, enthalten.
Für eine
Langzeitperfusion kann die der vorliegenden Erfindung gemäße Lösung Hormone,
zum Beispiel Thyroxin/Trijodthyronin, Insulin, Cortison, Wachstumshormon
und anabole Steroide in physiologischen Konzentrationen enthalten.
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Unmittelbar
vor dem Perfusionsschritt werden der oben beschriebenen, der vorliegenden
Erfindung gemäßen Lösung rote
Blutkörperchen
in einer Serumlösung
getrennt zugegeben und damit gemischt. Diese gemischte Lösung, die
auch als „künstliche
Serumlösung" bezeichnet wird
und auf der der vorliegenden Erfindung gemäßen Lösung zur Evaluierung und Konservierung
und auf der Lösung,
die rote Blutkörperchen
enthält,
basiert, soll zur Perfusion des zu evaluierenden Organs, Gewebes
oder Teils davon, verwendet werden und stellt eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar, die im Folgenden als „gemischte,
zur Verwendung gemäß der vorliegenden
Erfindung fertige Lösung" oder kurz „gebrauchsfertige
Lösung" bezeichnet wird.
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Die
Konzentration der Bestandteile, die in der der vorliegenden Erfindung
gemäßen Lösung zur
Evaluierung und Konservierung enthalten sind, wird in g/L der Lösung, die
mit der Serumlösung,
die rote Blutkörperchen
enthält,
zu mischen ist, angegeben. Die Konzentration der Bestandteile, die
in der gemischten, zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung
fertigen Lösung,
das heißt,
in der Lösung,
die direkt anzuwenden oder dazu anzuwenden ist, das Organ, Gewebe
oder den Teil davon, das (der) evaluiert und wahlweise vor der Transplantation
konserviert werden soll, zu perfundieren, enthalten sind, wird in
g/L der „künstlichen Serumlösung" angegeben. Wenn
die der vorliegenden Erfindung gemäße Lösung zur Evaluierung und Konservierung
mit der Serumlösung,
die rote Blutkörperchen
enthält,
gemischt wird, wird die Konzentration der Bestandteile der ursprünglichen
Lösung
zur Evaluierung und Konservierung auf Grund eines geringen Verdünnungseffekts
leicht vermindert, wie sich aus den im Folgenden dargestellten Konzentrationsdaten
zeigt. Dieser Verdünnungseffekt
beträgt
im Allgemeinen etwa 8 % und beeinträchtigt im Prinzip nur die höheren Werte
der dargestellten Konzentrationsbereiche.
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Der
Ausdruck „Organe,
Gewebe und Teile davon",
der überall
im Text der Anmeldung verwendet wird, bedeutet alle Teile des Körpers, die
derzeit oder zukünftig
transplantiert werden können.
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Der
Ausdruck „Spender,
dessen Herz nicht mehr schlägt
(,non-heart-beating donor')", der überall im Text
der Anmeldung verwendet wird, bedeutet einen Patienten, dessen Herz
irreversibel stillgelegt wurde und bei dem der Hirntod vorausgesetzt
wurde, das heißt
eine Periode ohne Reanimationsmaßnahmen („hands off period") von mindestens
10 Minuten Dauer bei Normothermie nach der Diagnose eines irreversiblen
Herzstillstandes.
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Der
Ausdruck „Serumalbumin", der überall im
Text der Anmeldung verwendet wird, bedeutet Albumin, das von einer
menschlichen oder tierischen Serumquelle stammt oder daraus gereinigt
wird oder rekombinantes Serumalbumin, das gentechnologisch hergestellt
wurde. Alle Derivate und Analoga davon, die im Wesentlichen die
gleiche physische Wirkung haben, werden in der vorliegenden Erfindung
auch als in diesem Begriff eingeschlossen betrachtet.
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Der
Ausdruck „physiologische
Serumkonzentration",
der überall
im Text der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, bedeutet Serumkonzentrationen
der besagten Substanzen, die genau oder im Wesentlichen den normalen
Serumkonzentrationen im Blut von Menschen oder Tieren entsprechen.
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Der
Ausdruck „Lunge(n)", der überall im
Text der Anmeldung verwendet wird, beinhaltet die gesamte(n) Lunge(n)
einschließlich
der Bronchien und auch der Lappen und Segmente davon.
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Serumalbumin
ist ein wasserlösliches
Plasmaprotein. Es wird in der Leber produziert und ist für den onkotischen
Druck, der auch kolloidosmotischer Druck genannt wird, des Blutes
wichtig, das heißt,
dass es die Fähigkeit
hat, das Plasma des Blutes in den Gefäßen zurückzuhalten. Es fungiert auch
als Transportprotein für
viele Substanzen, zum Beispiel Fettsäuren. Das Serumalbumin ist
negativ geladen und von Natriumionen umgeben. Es ist daher für Serumalbumin
sehr schwierig, durch die Kapillarwand zu passieren. Der onkotische Druck
im Blut wird normalerweise bei einem Niveau von 25 mm Hg. gehalten.
Zum Beispiel ist Serumalbumin vom Menschen mit einem Molekulargewicht
(Mw) von 69.000 zu groß,
um durch die semipermeablen Kapillarwände nach außen durchzutreten, und die
Konzentration davon beträgt
normalerweise 45 g/L Blut. Serumalbumin zieht, da es negativ geladen
ist, Natriumionen an und dies fügt
zum onkotischen Druck etwa 7 mm Hg hinzu (der sogenannte Donnan-Effekt).
Der hydrostatische Druck am arteriellen Ende der Kapillaren beträgt normalerweise
etwa 30 mm Hg und der hydrostatische Druck am venösen Ende
der Kapillaren beträgt
normalerweise etwa 10-15 mm Hg. Wie oben dargelegt liegt in den
Kapillaren ein dazwischenliegender onkotischer Druck von etwa 25
mm Hg vor, der bewirkt, dass Wasser am arteriellen Ende austritt
und am venösen
Ende zurückkommt.
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Da
das Serumalbumin für
die Aufrechterhaltung des richtigen onkotischen Drucks verantwortlich
ist, hat es eine wichtige Funktion als kolloidosmotisch aktive Substanz,
wobei es etwa 70 % zum onkotischen Druck beiträgt. Wenn eine Lösung eine
zufriedenstellende Elektrolytzusammensetzung, welche die im normalen
Plasma nachahmt, aber keine kolloidosmotisch aktiven Substanzen
enthält,
wird sie auf Grund der Bildung von Ödemen sofort eine Gewichtszunahme
in dem Organ, das transplantiert werden soll, verursachen. Da normales
Blutplasma vom Menschen auch Gamma-Globuline und andere Eiweißmoleküle, die
etwa 30 % zum onkotischen Druck beitragen, enthält, stellte der Erfinder der
vorliegenden Erfindung fest, dass die der vorliegenden Erfindung
gemäße Lösung Serumalbumin
nicht nur enthalten, sondern im Hinblick auf den Ausgleich des onkotischen
Drucks, der normalerweise von den Gamma-Globulinen und anderen Eiweißmolekülen, die in
der der vorliegenden Erfindung gemäßen Lösung nicht vorliegen, erzeugt
wird, auch in einer gesteigerten Menge enthalten sollte. Es wurden
verschiedene Konzentrationen von Serumalbumin vom Menschen in einer wässrigen
Testlösung,
die normale extrazelluläre
Konzentrationen von Natrium, Kalium, Calcium, Magnesium, Chlor,
Hydrogencarbonat, Phosphat und Glucose enthielt und eine normale
Osmolarität
von etwa 290 hatte, an Lungen untersucht. Bei einer Konzentration
von etwa 70 g/L in der gebrauchsfertigen Lösung wurden die besten Resultate
erzielt, das heißt,
dass die Lungen ohne Bildung von Ödemen perfundiert wurden. Der
onkotische Druck in dieser Testlösung
betrug etwa 25 mm Hg, das heißt
dem onkotischen Druck in normalen Lungenkapillaren entsprechend.
Es können
mit einer Konzentration des Serumalbumins von 50-100 g/L in der
gebrauchsfertigen Lösung
zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden, wobei am unteren Ende
des Bereichs ein tragbares Ausmaß einer leichten Ödem bildung
auftritt. Mit einer Konzentration des Serumalbumins von 60-80 g/L
in der gebrauchsfertigen Lösung
werden bessere Ergebnisse erzielt, aber optimale Resultate erhält man mit
einer Konzentration von 70 g/L, wie oben dargelegt. Bei einer Steigerung
auf mehr als 70 g/L kann ein höherer
Perfusionsdruck ohne Ödembildung
angewendet werden. Es ist ein Perfusionsdruck von höchstens 20
mm Hg erforderlich, um einen Perfusionsfluss zum Testen der Lungen
für die
Transplantation zu erreichen. Somit muss im Hinblick auf das Vermeiden
einer erheblichen Ödembildung
während
einer solchen Perfusion der onkotische Druck der Lösung um
mindestens 5 mm Hg höher
sein als der hydrostatische Druck.
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Die
der vorliegenden Erfindung gemäße Lösung zur
Evaluierung und Konservierung umfasst auch eine Fänger- (Scavenger)
und Beschichtungsverbindung, die bevorzugt aus der Gruppe, die Dextranmoleküle, zum
Beispiel das kommerziell erhältliche
Dextran 40, Dextran 60 und Dextran 70 und Derivate davon, die im Wesentlichen
dieselbe Struktur haben, umfasst, ausgewählt ist. Dextran 40 ist gemäß der vorliegenden
Erfindung die am meisten bevorzugte Fänger- und Beschichtungsverbindung.
Es können
auch Dextranmoleküle mit
anderen Molekulargewichten, das heißt von so niedrigen Werten
wie 1 bis hin zu 250 kDa, bevorzugter von 20 bis hin zu 150 kDa,
von Nutzen sein. Wenn jedoch Dextran von 1 kDa, das heißt Dextran
1, verwendet wird, sollte die Konzentration 10-140 g/L betragen.
Lactobionat, Raffinose und Mannitol, die alle ein Molekulargewicht
unter 1.000 Da haben, stellen Alternativen zu Dextran 1 dar.
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Die
Fänger-
und Beschichtungsverbindung zeigt gleichzeitig verschiedene Aktivitäten und
fungiert als Beschichtungssubstanz für das Kapillarendothel des
Organs, das transplantiert werden soll, als Fänger für toxische und andere unerwünschte Substanzen
und als Entgiftungsmittel. Zur Vereinfachung wird diese Verbindung
in der vorliegenden Anmeldung Fänger-
und Beschichtungsverbindung" genannt.
In Kombination mit Dextranverbindungen können auch andere Verbindungen,
die gemäß der hier
getroffenen Definition Fänger- und
Beschichtungsverbindungen darstellen, in der der vorliegenden Erfindung
gemäßen Lösung vorhanden sein.
Es gibt jedoch auch reine Fängerverbindungen,
das heißt
solche, die keine oder eine geringe Beschichtungswirkung haben,
mit einer ähnlichen
oder besseren Fängerwirkung
als die Dextranverbindungen an sich, zum Bei spiel Allopurinol, Vitamin
C, Vitamin E, Didox, Trimidox. Somit können ein derartiger reiner
Fänger
oder Kombinationen davon in Kombination mit der Dextranverbindung
in der Lösung
vorliegen, womit ein additiver oder synergistischer Effekt erreicht
wird. Weiter können
auch Verbindungen, die nur beschichtende Wirkungen auf das Kapillarendothel
haben, das heißt,
dass sie keine oder eine geringe Fänger- oder Entgiftungswirkung haben,
in Kombination mit der Dextranverbindung oder der reinen Fängerverbindung
in der der vorliegenden Erfindung gemäßen Lösung vorhanden sein, womit
ein additiver oder synergistischer Effekt erreicht wird.
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Dextranverbindungen
haben sich als für
den Zweck der vorliegenden Erfindung am wirksamsten erwiesen, weil
sie alle erforderlichen Aktivitäten,
die oben erwähnt
sind, aufweisen. Dextranmoleküle
sind aus Glucoseeinheiten in einer langen Kette aufgebaut und sind
auch mit Seitenketten aus Glucose ausgestattet. Dextran 40 hat ein
Molekulargewicht (Mw) von 40.000 Da und dementsprechend beträgt das Molekulargewicht für Dextran
60 60.000 kDa beziehungsweise 70.000 kDa für Dextran 70. Je höher das
Molekulargewicht, desto länger
ist das Dextranmolekül.
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Die
Kapillaren in den Lungen haben große Poren mit einem Durchmesser
von etwa 30 nm. Gamma-Globuline sind klein genug, um mit dem Ziel,
in den Raum des kapillären
Interstitiums einzudringen, um Mikroorganismen anzugreifen und dann über das
lymphatische System abtransportiert zu werden, durch diese Poren
hindurch zu gelangen.
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Die
Dextranmoleküle
sind nicht elektrisch geladen und sie haben die Fähigkeit,
durch die großen
Poren genau wie ein Wurm zu gelangen, das heißt, dass es der Durchmesser
des Dextranmoleküls
ist, was für die
Passage maßgeblich
ist, nicht seine Länge
und sein Molekulargewicht.
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Wenn
ein Organ, das einer warmen Ischämie
ausgesetzt war, evaluiert wird, kann Ödembildung als Reperfusionsschaden,
der durch die Verwendung einer Fänger-
und Beschichtungsverbindung, vorzugsweise von Dextranverbindungen,
besonders Dextran 40, in der Lösung
auf Grund ihrer Fähigkeit,
die Kapillarmembranen zu be schichten, wesentlich verringert wird,
angesehen werden. Als Ergebnis wird es für Leukozyten schwierig sein,
sich an das Kapillarendothel anzulagern und durch die mit Dextranmolekülen beschichteten Kapillaren
hindurch zu wandern. Jedoch tragen Dextranmoleküle an sich teilweise zur Ödembildung
bei, wenn sie durch die Poren der Kapillarmembran wandern. Somit
muss die Konzentration der Dextranmoleküle optimal sein, das heißt, dass
die Konzentration nicht so hoch sein sollte, dass die Ödembildung
schädlich
ist, aber auch nicht so niedrig, dass die allgemein vorteilhafte
Fänger-
und Beschichtungswirkung unzureichend wird.
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Unter
verschiedenen Dextran-Konzentrationen, die für Dextran 40 getestet wurden,
zeigte eine Konzentration im Bereich von 1-50 g/L, besonders im
Bereich von 2-20 g/L und speziell bei einer Konzentration von 5
g/L in der gebrauchsfertigen Lösung
zufriedenstellende Ergebnisse. Ein Evaluierungstest einer Lunge mit
einer Dauer von drei Stunden bei der oben erwähnten, letztgenannten Konzentration
von Dextran 40 ergab keine Gewichtszunahme der Lunge, und da die
Lösung
zur Evaluierung und Konservierung in die Lunge rezirkuliert wird,
enthält
sie genügend
Dextran 40, um eine wirksame Beschichtung der Kapillarmembran zu
erreichen. Transplantierte Lungen haben nach der Evaluierung und
Konservierung mit einer der vorliegenden Erfindung gemäßen Lösung zur
Evaluierung und Konservierung gezeigt, dass mit 5 g/L Dextran 40
in der gebrauchsfertigen Lösung
die volle Wirkung erreicht wird. In diesen Untersuchungen wurde
eine Serumalbuminkonzentration von 70 g/L verwendet.
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Wie
oben erwähnt
sind auch andere Dextranmoleküle
wirksam, aber die optimale Konzentration ist in einem gewissen Maß vom Molekulargewicht
eines Dextranmoleküls
abhängig.
Die optimale Konzentration für beispielsweise
Dextran 60 und Dextran 70 ist jedoch die gleiche oder im Wesentlichen
die gleiche wie für
Dextran 40.
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Ferner
ist in diesem Zusammenhang eine andere Verbindung, die eine Funktion,
die der des Serumalbumins ähnlich
ist, hat, ein besonderes, auf Hyaluronsäure basierendes Produkt, zum
Beispiel chemisch modifiziert, und Varianten davon, die im Wesentlichen
die gleiche Struktur wie Albumin haben. Dieses auf Hyaluronsäure basierende
Produkt wurde durch enzymatischen Abbau von natürlicher Hyaluronsäure, gefolgt
von einer kontrollierten Aggregation der Fragmente und einer Modulation
zu einem kugelförmigen
Produkt mit einer negativen Ladung und einem Molekulargewicht von
etwa 69 kDa, das heißt
zu einem Produkt mit ähnlicher Größe, Form
und Ladung wie Serumalbumin, hergestellt. Die Herstellung dieses
chemisch modifizierten, auf Hyaluronsäure basierenden Produkts wird
zum Beispiel in EP-B-0 556 213, WO 00/46253 und WO 00/46252 beschrieben.
Dieses Produkt kann das Serumalbumin in der der vorliegenden Erfindung
gemäßen Lösung teilweise
oder wahlweise vollständig
ersetzen, wobei die erwünschte
Wirkung noch gegeben ist. Jedoch kann auf Grund des oben erörterten
Donnan-Effekts die optimale Konzentration des auf Hyaluronsäure basierenden Produkts
um ± 15
% im Vergleich zur Konzentration von Dextranmolekülen in den
der vorliegenden Erfindung gemäßen Lösungen abweichen.
Wenn beide dieser Verbindungen gleichzeitig in der Lösung vorliegen,
sollte die Summe ihrer Konzentrationen 115 g/L nicht überschreiten.
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Das
eigene Blut des toten Menschen oder Tieres, von dem das Organ oder
Gewebe, das transplantiert werden soll, gespendet wird, wird als
Lösung
zur Evaluierung und/oder zur Konservierung nicht ausreichend sein.
Während
der Versuche mit Schweinen wies das Blut des toten Schweins kurz
nach dem Tod toxische Produkte auf. Wenn dieses Blut in einer Herz-Lungen-Maschine
durch Oxygenatoren und Pumpsysteme gepumpt wird, wird das Komplementsystem
aktiviert und andere toxische Produkte werden erzeugt, wodurch eine
Evaluierung der Lunge unmöglich
wird.
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Die
gleiche Aktivierung des Komplementsystems tritt auf, wenn Plasma
und rote Blutkörperchen
aus einer Blutbank in die Lösung
gemischt werden, auch wenn sie die richtige Blutgruppe haben. Es
müssen
jedoch rote Blutkörperchen
zu der Lösung
zur Evaluierung zugegeben werden, um eine wirksame Evaluierung zu
erreichen. Somit wird eine Serumlösung, die rote Blutkörperchen
enthält,
als Ergänzung
zu der der vorliegenden Erfindung gemäßen Lösung zur Evaluierung und Konservierung
zugegeben. Vorzugsweise werden gewaschene oder gereinigte, das heißt durch
einen Leukozytenfilter gefilterte und bestrahlte rote Blutkörperchen
aus einer Blutbank verwendet. In diesem Zusammenhang werden dem
von Spendern gesammelten Blut Plasma und Plättchen entzogen. Üblicherweise
wird eine CPD-Lösung
(Citrat/Phosphat/Dextrose) dergestalt zugegeben, dass der Volumenanteil
der Erythrozyten (erythrocyte volume fraction, EVF), der auch Hämatokritwert
genannt wird, für
die roten Blutkörperchen
50 % beträgt.
In einer solchen CPD-Lösung
macht der Serumanteil etwa 78 ml und der Anteil der roten Blutkörperchen
etwa 222 ml aus. Es werden optimale Ergebnisse der Evaluierung erreicht,
wenn 300 ml einer solchen herkömmlichen
CPD-Lösung,
die rote Blutkörperchen
enthält,
pro Liter der der vorliegenden Erfindung gemäßen Lösung zur Evaluierung und Konservierung,
wie sie in Anspruch 1 definiert ist, zugegeben werden. Dadurch beträgt auf Grund
eines leichten Verdünnungseffekts
in einer solchen gemischten, gebrauchsfertigen Lösung, die direkt zu dem zu
evaluierenden Organ, Gewebe oder Teil davon zugegeben werden soll,
die Konzentration von Serumalbumin 50-100 g/L, bevorzugt 60-80 g/L und
am bevorzugtesten 70 g/L. Die Konzentration der Fänger- und
Beschichtungsverbindung im Fall der Dextranverbindungen beträgt 1-50
g/L, bevorzugt 2-20 g/L und am bevorzugtesten 5 g/L in der gebrauchsfertigen Lösung. Für die Verwendung
ex vivo während
des Schritts der Evaluierung wird ein EVF, der den Volumenanteil
der Erythrozyten definiert, von 15 ± 5 vol % in der gemischten
Lösung,
mit der perfundiert wird, erreicht. Die roten Blutkörperchen
sind mit der besagten Lösung
vollständig
kompatibel und ihre Funktionen der Sauerstoffaufnahme und der Kohlendioxidabgabe
sind in dieser Lösung
völlig
normal. Ferner sollte beachtet werden, dass die herkömmliche
Lösung,
welche die roten Blutkörperchen
enthält,
auf Grund von Stabilitätsproblemen
nicht länger
als 30 Minuten vor dem Beginn der Perfusion zu der der vorliegenden
Erfindung gemäßen Lösung zugegeben
werden sollte.
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Vorzugsweise
ist das physiologisch akzeptable Medium, das von der der vorliegenden
Erfindung gemäßen Lösung umfasst
wird, Wasser.
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Es
sollte auch beachtet werden, dass das Problem der Ödembildung,
das oben in Verbindung mit der Perfusion während der Evaluierung von Lungen
beschreiben wurde, bei Lungen besonders ausgeprägt ist. Das gleiche Problem
ergibt sich entsprechend für
andere Organe und Gewebe, die transplantiert werden sollen, aber
in geringerem Ausmaß.
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In
der Transplantationschirurgie eines Spenderpatienten, dessen Herz
nicht mehr schlägt,
das heißt einer
Person, die an einem akuten Herzstillstand gestorben ist, muss das
Organ oder Gewebe, das transplantiert werden soll, zum Beispiel
eine Lunge, innerhalb von zwei Stunden, vorzugsweise innerhalb von
einer Stunde, vom Tod an gekühlt
werden, wenn es sich noch im toten Körper befindet. Die Lungen des
Spenderkörpers
können
ohne das Risiko einer Schädigung
während
der nächsten
24 Stunden bei einer Temperatur von 8-12°C gekühlt werden. Um diese Kühlung der
Lungen zu erreichen, wird die Pleura anfänglich mit einer herkömmlichen
Lösung
für diesen
Zweck, zum Beispiel mit Perfadex-Lösung perfundiert.
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Danach
wird die Lunge aus dem Spenderkörper
entnommen und an eine Herz-Lungen-Maschine, die eine Pumpe, eine Sauerstoffversorgung,
einen Oxygenator und ein Beatmungsgerät umfasst, angeschlossen. Die
Lunge wird dann mit der gemischten Lösung der der vorliegenden Erfindung
gemäßen Lösung zur
Evaluierung und Konservierung und der Serumlösung, die rote Blutkörperchen
mit einem EVF von 15 ± 5
vol % enthält,
gefüllt.
Dann wird die Lunge im Hinblick auf die Entscheidung, ob sie zur
Transplantation akzeptiert werden kann, evaluiert, das heißt, dass
die Blutgase, der Gefäßwiderstand,
die Endothelfunktion, die Compliance der Lunge, jegliche Funktionsstörungen der
Ventilation/Perfusion, die Gasproduktion und die Funktion des Surfactants
bewertet werden. Wenn sie akzeptiert werden kann, wird die Lunge
in den Körper
des Empfängers transplantiert
und hat alle ihre wichtigen physiologischen Funktionen und Aktivitäten in intaktem
Zustand behalten. Diese Art von Evaluierung und Transplantation
einer Lunge, das heißt
eine erfolgreiche Transplantation einer Lunge von einem Spender,
dessen Herz nicht mehr schlägt
und eine Evaluierung in der oben beschriebenen Art, wurde bisher
noch nie ausgeführt.
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Die
der vorliegenden Erfindung gemäße Lösung zur
Evaluierung und Konservierung ist auch bei der Evaluierung aller
Organe und Gewebe aus den Körpern
von Menschen und Tieren ex vivo wirksam und auch bei allen Organen
und Geweben aus herkömmlichen
hirntoten Spendern, deren Herzen aber schlagen, sowohl menschlichen
als auch tierischen Ursprungs, und führt auch zu besseren Ergebnissen
als alle anderen entsprechenden Lösungen, die bisher bekannt
sind. Sie ist für
alle Organe mit Ausnahme des Herzes unter dem Aspekt der Konservierung
von Nutzen. Wenn sie verwendet wird, um das Herz für eine kalte
ischämische
Aufbewahrung zu konservieren, muss die Kalium konzentration auf 16-30
mmol/l, vorzugsweise auf 20-26 mmol/l und am meisten bevorzugt auf
23 mmol/l angehoben werden. Diese generelle Anwendbarkeit für alle Organe und
Gewebe kann durch die folgende Tatsache erklärt werden: Da die der vorliegenden
Erfindung gemäße Lösung in
hohem Maß für die Evaluierung
der Lungen, von denen bekannt ist, dass sie auf Grund der großen Poren
der Kapülarmembranen
die empfindlichsten aller Organe sind, wirksam ist, muss sie bei
allen anderen Organen auf Grund ihrer kleineren Poren wirksam sein.
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Für die Evaluierung
von Herzen muss die Kaliumkonzentration in der der vorliegenden
Erfindung gemäßen Lösung vom
normalen Niveau von etwa 4,5 auf etwa 23 angehoben werden, womit
eine Kardioplegie erreicht wird.
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Unvollständige Beispiele
von Organen und Geweben, bei denen das größte Interesse zur Transplantation
vorliegt und die daher als erste evaluiert werden, sind Lunge(n),
Herzen, Lebern, Nieren, Pankreas, Dünndarm, Extremitäten des
Körpers
usw.
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Die
gemischte, zur Verwendung gemäß der vorliegenden
Erfindung fertige Lösung
sollte durch eine Pumpe laufen, was einen physiologischen Perfusionsdruck
in dem Organ, das transplantiert werden soll, ergibt. Weiter sollte
die Lösung
einen Oxygenator passieren, um die roten Blutkörperchen mit Sauerstoff zu
versorgen und das CO2 abzunehmen. Wenn Plasma
mit roten Blutkörperchen
aus einer Blutbank in einem geschlossenen Kreislauf mit Oxygenatoren
und Plastikschläuchen
verwendet wird, schließen
die Aktivierung des Komplementsystems, von Substanzen und anderen
toxischen Systemen eine stabile Perfusion aus.
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Den
der vorliegenden Erfindung gemäßen Lösungen fehlen
toxischen Eigenschaften, wenn sie in einem geschlossenen System
zur Evaluierung einschließlich
Oxygenatoren und Pumpen verwendet werden. Auf diese Art kann das
Organ, das transplantiert werden soll, 24 Stunden oder länger perfundiert
werden, wobei während
dieser Zeit keine Ischämie
auftritt. Während
der Untersuchungen wurden Herzen mit der gemischten, zur Verwendung
gemäß der vorliegenden
Erfindung fertigen Lösung
(mit einer Kaliumkonzentration von 23 mmol/l), die mittels eines
Oxygenators oxygeniert wurde und 24 Stun den lang durch das Herz
gepumpt wurde, konserviert, gefolgt von der Transplantation des
Herzens, das von Anfang an eine perfekte Funktion zeigte. Wenn die
der vorliegenden Erfindung gemäße Lösung zur
Konservierung und Evaluierung mit roten Blutkörperchen zu einem EVF von 15 ± 5 vol
% gemischt wird, können
Lungen von Spendern, deren Herzen nicht mehr schlagen, evaluiert
werden und nach der Evaluierung können die Lungen vor der Transplantation
mindestens 36 Stunden lang durch kalte ischämische Aufbewahrung bei 4°C konserviert
werden.
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Beispiele
von zwei bevorzugten, der vorliegenden Erfindung gemäßen Lösungen zur
Evaluierung und Konservierung sind die Folgenden:
Eine bevorzugte
Ausführungsform
der der vorliegenden Erfindung gemäßen Lösung zur Evaluierung und Konservierung
besteht aus den folgenden Bestandteilen in den dargestellten Konzentrationen:
Bestandteil | Konzentration |
Dextran
40 | 5
g/L |
Natriumchlorid | 98
mmol/L |
Kaliumchlorid | 0,49
mmol/l |
Calciumchlorid | 1,4
mmol/L |
Magnesiumsulfat | 1,2
mmol/L |
Kaliumdihydrogenphosphat | 0,042
mmol/L |
Dikaliumhydrogenphosphat-Anhydrat | 0,84
mmol/L |
Dinatriumhydrogenphosphat-Dihydrat | 0,029
mmol/L |
Natriumhydrogencarbonat | 14
mmol/L |
Kaliumacetat | 2,9
mmol/L |
Glucosemonohydrat | 10
mmol/L |
Albumin
Centeon (200 mg/ml) | 64
g/L |
Natriumhydroxid
(1 M) | |
Steriles
Wasser | |
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Die
Bestandteile werden in sterilem Wasser gelöst und der pH-Wert wird mit
Natriumhydroxid auf 7,4 eingestellt.
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Eine
andere bevorzugte Ausführungsform
der der vorliegenden Erfindung gemäßen Lösung zur Evaluierung und Konservierung
besteht aus den folgenden Bestandteilen in den dargestellten Konzentrationen:
Bestandteil | Konzentration |
Dextran
40 | 5
g/L |
Natriumchlorid | 86
mmol/L |
Kaliumchlorid | 4,6
mmol/l |
Calciumchlorid-Dihydrat | 1,5
mmol/L |
Natriumdihydrogenphosphat-Dihydrat | 1,2
mmol/L |
Natriumhydrogencarbonat | 15
mmol/L |
Magnesiumdichlorid-Hexahydrat | 1,2
mmol/L |
D(+)-Glucosemonohydrat | 11
mmol/L |
Serumalbumin
vom Menschen (200 g/l) | 70
g/L |
Natriumhydroxid
(1M) | |
Steriles
Wasser | |
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Die
Bestandteile werden in sterilem Wasser gelöst und der pH-Wert wird mit
Natriumhydroxid auf 7,4 eingestellt. Man erhält die gemischte, zur Verwendung
gemäß der vorliegenden
Erfindung fertige Lösung,
indem man jede der beiden Lösungen
(1000 ml) der bevorzugten Ausführungsformen
mit 300 ml der oben beschriebenen CPD-Lösung mischt.
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Die
am meisten bevorzugte, der vorliegenden Erfindung gemäße Lösung zur
Evaluierung und Konservierung für
ein Herz ist der Lösung
für Lungen ähnlich,
hat aber, wie oben erklärt,
eine höhere
Kaliumkonzentration.
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Experimente
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Eine
Gewichtszunahme der Lunge während
des Schritts der Evaluierung vor der Transplantation ist bezeichnend
für eine
unerwünschte Ödembildung,
die auftritt, wenn eine zu prüfende
Lösung,
die nicht die richtige Serumalbuminkonzentration enthält, eingesetzt
wird.
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Es
wurden verschiedene Experimente mit Lösungen zur Evaluierung, die
verschiedene Bestandteile enthielten, während der Evaluierung einer
Lunge durchgeführt.
Die Gewichtszunahme (in kg angegeben) wurde bei einer gleichbleibenden
Perfusionsflussrate gegen die Zeit gemessen.
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Eine
gebrauchsfertige Lösung,
die weder Serumalbumin noch eine Fänger- und Beschichtungsverbindung
enthielt, ergab eine erhebliche Gewichtszunahme, welche die Nachteile
einer solchen Lösung
zeigt, wie in 1 dargestellt.
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Eine
gebrauchsfertige Lösung,
die Dextran 40, aber kein Serumalbumin vom Menschen enthielt, ergab im
Lauf der Zeit eine noch beträchtlichere
Gewichtszunahme, wie in 2 dargestellt.
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Eine
gebrauchsfertige Lösung,
die 70 g/L Serumalbumin vom Menschen, aber kein Dextran 40 enthielt,
ergab im Lauf der Zeit eine unbefriedigende Gewichtszunahme, wie
in 3 dargestellt.
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Eine
gebrauchsfertige Lösung,
die 35 g/L Serumalbumin und 25 g/L Dextran 40 enthielt, ergab im
Lauf der Zeit eine unbefriedigende Gewichtszunahme, wie in 4 dargestellt.
Diese Gewichtszunahme beruht auf der zu hohen Konzentration von
Dextran D 40, das heißt
25 g/L, und auf der zu niedrigen Konzentration von Albumin, das
heißt
35 g/l.
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Eine
gebrauchsfertige Lösung,
die 70 g/L Serumalbumin und 5 g/L Dextran 40 enthielt, ergab im
Lauf der Zeit keine Gewichtszunahme, wie in 5 dargestellt.
Diese Lösung
stellt eine gemischte, zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung
fertige Lösung dar,
das heißt,
dass sowohl Serumalbumin als auch Dextran 40 in den richtigen Konzentrationen
vorliegen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Evaluieren
eines Organs oder Gewebes, das transplantiert werden soll, ex vivo
unter normothermen Bedingungen, wobei das besagte Organ oder Gewebe
mit der der vorliegenden Erfindung gemäßen Lösung zur Evaluierung und Konservierung,
die mit der rote Blutkörperchen
enthaltenden Serumlösung
gemischt ist, perfundiert wird, gefolgt von der Evaluierung des
Organs oder Gewebes und wahlweise der Konservierung in derselben
Lösung
bis zur Transplantation. Für
Lungen beträgt
die Flussrate, mit der perfundiert wird, während der Evaluierung etwa
4 Liter/min, die Temperatur beträgt
etwa 37°C
und der maximale Perfusionsdruck liegt bei etwa 20 mm Hg. Die Perfusionsflussrate
ist niedriger, wenn andere Organe perfundiert werden. Für die Evaluierung
einer Niere muss der Perfusionsdruck einen Wert von etwa 90 mm Hg
erreichen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Aufbereitung
eines Organs, Gewebes oder eines Teils davon aus einem Patienten,
dessen Herz irreversibel stillgelegt wurde und bei dem der Hirntod
vorausgesetzt wurde, wobei das Organ, Gewebe oder der Teil davon,
das (der) vorher aus dem Körper
des Patienten entnommen wurde, mit der Lösung zur Evaluierung und Konservierung,
die gemäß Anspruch
18 mit der Serumlösung,
die rote Blutkörperchen
enthält,
gemischt wurde, perfundiert wird, das Organ oder Gewebe oder der
Teil davon evaluiert wird und das Organ, Gewebe oder der Teil davon,
wenn es (er) zur Transplantation akzeptiert werden kann, in besagter
Lösung
zur Evaluierung und Konservierung konserviert wird. Vorzugsweise
handelt es sich bei dem besagten Organ um eine Lunge.
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Es
sollte auch erwähnt
werden, dass die der vorliegenden Erfindung gemäße Lösung zur Evaluierung und Konservierung
bei Allo- und Xenotransplantation anwendbar ist.