Kryokonservierung Fisch-Frostschutz für tiefgekühlte Organe

Im Eismeer schützt ein Protein Fische vor dem Kältetod. Forscher wollen es zur Gefrier-Konservierung von Geweben nutzen. Dafür nötige niedrige Temperaturen sind aber nur eine von vielen Hürden - und das Einfrieren von Menschen bleibt Science-Fiction.

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Eine wochenlange Hitzewelle hat Deutschland im Griff, doch der Albert-Schäfer-Saal in der Handelskammer Hamburg ist gut gekühlt. Das gehört sich auch so, denn hier haben sich noch bis zum Donnerstag knapp 300 Kryobiologen versammelt - allesamt Experten fürs Kühlen und Einfrieren von Zellen, Gewebe und ganzen Organen.

Im Erdgeschoss sind diverse Kühlapparaturen zu bewundern - die Wissenschaftler diskutieren jedoch vor allem über die Probleme und Schwierigkeiten, die das Kühlen und Einfrosten so mit sich bringt. Vor allem das dauerhafte Einfrieren von Organen ist bislang reine Fiktion.

"Sie müssen unter minus 140 Grad Celsius gehen - dann gibt es keine molekularen Aktivitäten mehr und man kann Zellen unbegrenzt lagern", erklärt Michael Taylor von der Carnegie Mellon University im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. Das Problem sei jedoch die Eisbildung, die Gewebe und Organe zerstöre.

Große Hoffnung setzen die Frostbiologen in die sogenannte Vitrifizierung, bei der Wasser statt zu kristallisieren in einen amorphen, glasartigen Zustand übergeht. Durch den Zusatz von Kryoprotektoren, also Frostschutzmitteln wie Glyzerin, ist es prinzipiell möglich, Zellen ohne Schaden unter den Gefrierpunkt abzukühlen. In der Regel muss die Hälfte des Wassers im Gewebe durch Kryoprotektoren ersetzt werden.

Schnelles Abkühlen verhindert Eisbildung

Mit dem Zusatz von Chemikalien allein ist es jedoch nicht getan. Das Material muss auch möglichst schnell abgekühlt werden, damit das Wasser in die Glasphase kommt. "Je schneller man abkühlen kann, umso geringer muss die Konzentration des Kryoprotektors sein", sagt Taylor.

Schnell abkühlen lassen sich aber nur kleine Zellmengen, etwa Embryonen oder Langerhanssche Inseln. Bei einem ganzen Organ klappt das nicht. Die niedrigere Abkühlrate ließe sich zwar mit höher konzentrierten Kryoprotektoren kompensieren - doch diese greifen dann selbst das Gewebe an, denn sie bestehen aus aggressiven Chemikalien. "Man muss auch hier die richtige Balance finden", meint Taylor.

Deshalb reagieren Wissenschaftler skeptisch auf Meldungen vom angeblichen Durchbruch bei der Kryokonservierung. So berichtete erst Ende Juni der Forscher Anatoli Bogdan,

das Einfrieren von Organen oder Menschen über Jahrzehnte und anschließendes Auftauen und Wiederbeleben sei prinzipiell machbar.Den von Bogdan verwendeten Kryoprotektor Schwefelsäure hält der Wasserexperte Ralf Ludwig von der Universität Rostock allerdings für ungeeignet. Die Säure sei vor allem viel zu hoch konzentriert. "In einer solch sauren Lake kann man gar nichts konservieren."

Den Frostschutz der Natur kopieren

Auf dem letztjährigen Kongress der Society for Cryobiology hatte Gregory Fahy, einer der bekanntesten Köpfe der Zunft, von der angeblich erfolgreichen Transplantation einer vormals vitrifizierten Kaninchen-Niere berichtet. Das vergleichsweise kleine Organ sei auf minus 135 Grad Celsius abgekühlt, aufgewärmt und anschließend wieder eingesetzt worden. Fahy arbeitet für das kalifornische Unternehmen 21st Century Medicine, das sich voll und ganz der Kryokonservierung verschrieben hat. Auf dem diesjährigen Kongress im Hamburg fehlte der Wissenschaftler jedoch.

Der britische Kryobiologe Taylor, der auch als Forschungsleiter der Firma Organ Recovery Systems arbeitet, hofft auf Fortschritte durch geschicktes Kopieren der Natur. Vor zwei Jahren hatten kanadische Forscher im Blut von Flundern ein Eiweiß entdeckt, das die Kristallbildung bei Temperaturen von minus 1,9 Grad Celsius, wie sie in polaren Gewässern herrschen, verhindert.

"Das Problem ist jedoch, dass wir auf viel niedrigere Temperaturen abkühlen müssen, als es in der Natur geschieht", erklärt Taylor. Dann wirkten die Bioprotektoren ebenfalls schädigend, weil sie die Form der Eiskristalle änderten. "Es bilden sich dann nadelförmige Kristalle, die die Zellmembran beschädigen können." Deshalb suche man synthetische Moleküle, mit denen Gewebe unterkühlt werden könne.

Kryochirurgen heilen mit Eis

Die zerstörerische Wirkung von Eiskristallen auf Zellen wird in der Medizin jedoch auch gezielt ausgenutzt - etwa um Tumore zu behandeln. Bei der sogenannten Kryochirurgie wird eine Metallsonde in dem zu behandelnden Gewebe platziert. Flüssiger Stickstoff kühlt die Sonde anschließend ab - um sie herum bildet sich eine Eiskugel. Das Gewebe wird dabei bewusst beschädigt.

Obwohl die Kryochirurgie schon seit Jahren in der klinischen Praxis genutzt wird, sind die Wissenschaftler mit den Ergebnissen noch nicht zufrieden. "Wir forschen daran, wie man durch Zusatz bestimmter Chemikalien erreicht, dass nur das Krebsgewebe zerstört wird und nicht benachbarte gesunde Zellen", sagt John Bischof von University of Minnesota im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE.

Bei der Behandlung von Prostatakrebs habe sich die Technik bewährt. "Es ist aber nur eine Therapievariante", betont Bischof. Sie habe aber durchaus ihre Vorzüge gegenüber anderen. "Die Bestrahlung funktioniert nicht immer - eine Chemotherapie hat ebenfalls Nachteile für den Patienten", sagt der Forscher. Am effektivsten, wenn auch nicht immer möglich, sei jedoch nach wie vor die operative Entfernung des Tumors.



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