Mikrovaskuläre Mechanismen der hyperakuten und akut humoralen Abstoßungsreaktion nach experimenteller Herz-Xenotransplantation im Hamster-Ratte-Modell

Die Herztransplantation stellt, trotz der großen Fortschritte in
der Therapie terminaler Herzerkrankungen, häufig noch immer die
letzte Therapieoption dieser Erkrankungen dar. Aufgrund des enormen
Spendermangels sind geeignete Organe allerdings sehr knapp. Die
xenogene Herztransplantation, im Speziellen die Transplantation von
Schweineherzen an den Menschen, könnte dieses Problem lösen.
Allerdings ist die Xenotransplantation noch weit von der klinischen
Implementierung entfernt. Das Hauptproblem dabei stellt die
Beherrschung der xenogenen Abstoßungsreaktion dar. Zwar kann die
hyperakute Abstoßungsreaktion durch gentechnisch veränderte
Spenderschweine inzwischen relativ gut beherrscht werden, bei der
akut vaskulären (humoralen) Abstoßung hingegen ist dies noch nicht
der Fall. Die pathophysiologischen Vorgänge während der xenogenen
Abstoßungsreaktion sind noch nicht vollständig verstanden.
Vorliegende Daten deuten aber auf eine ausgeprägte Koagulopathie
mit einer Störung der Mikrozirkulation und Thrombosen im Rahmen der
hyperakuten und akut humoralen Abstoßungsreaktion hin. Es ist
unabdingbar notwendig die Mechanismen der xenogenen
Abstoßungsreaktion genau zu kennen, damit man gezielt eingreifen
kann. Um die zugrundeliegenden Mechanismen dieser
Abstoßungsreaktion besser zu verstehen, war das Ziel dieser Arbeit
ein neues Kleintiermodell zu etablieren, anhand dessen die
Mikrozirkulation in vivo mittels Intravitalmikroskopie direkt am
schlagenden Herzen sowohl quantitativ als auch qualitativ
untersucht werden kann. Um dies zu erreichen wurden Herzen von
Syrischen Goldhamstern heterotop an die Halsgefäße von Lewis-Ratten
transplantiert. In drei Versuchsgruppen wurde nun die xenogene
Abstoßungsreaktion untersucht. In Gruppe 1 wurde mittels
Intravitalmikroskopie die subepikardiale Mikrozirkulation nach
Reperfusion über dem rechten Ventrikel des Hamsterherzens
untersucht. Die Ratten in Versuchsgruppe 2 wurden sieben Tage vor
der xenogenen Herztransplantation mit Hamsterblut sensibilisiert,
um die Bildung von xenoreaktiven Antikörpern zu induzieren und so
eine hyperakute Abstoßung zu provozieren. Bei den Tieren aus
Versuchsgruppe 3 wurde ohne vorherige Sensibilisierung nach der
Transplantation das Operationsgebiet wieder verschlossen, um die
Dynamik und Kinetik bis zur vollständigen Transplantatabstoßung zu
untersuchen. In allen Versuchsgruppen wurden außerdem
histologischen Analysen sowie Analysen des Blutbildes,
Gerinnungsstatus und der Myokardmarker durchgeführt. Die in dieser
Arbeit vorliegenden Daten zeigen, dass die Herzen der ersten und
dritten Versuchsgruppe akut vaskulär (humoral) abgestoßen werden,
bei einer durchschnittlichen Zeit bis zur vollständigen Abstoßung
von 3,2 ± 0,2 Tagen. Die Hamsterherzen aus der zweiten
Versuchsgruppe wurden hingegen nach vorheriger Sensibilisierung
hyperakut in 14,8 ± 2,8 Sekunden vollständig abgestoßen. Die
Analyse der Mikrozirkulation mittels Intraviralmikroskopie zeigte
einen Anstieg des Blutflusses in den Spenderherzen, welcher als
reaktive Hyperämie nach Reperfusion zu deuten ist. Des Weiteren ist
eine sehr hohe endotheliale Leakage auffällig, die für eine bereits
sehr frühe Endothelaktivierung im Rahmen der akut humoralen
Abstoßung spricht. Bezüglich der Zell-Endothel-Interaktion könnte
weder bei den Leukozyten noch bei den Thrombozyten eine
signifikante Veränderung zwischen 30 und 90 Minuten nach
Reperfusion gefunden werden. Gleichwohl wurden aber ein Anstieg der
Interaktion der Leukozyten mit dem Gefäßendothel sowie einen Abfall
der Thrombozyten-Endothel-Interaktion gefunden, welche ebenfalls
für eine Endothelzellaktivierung im Rahmen der ablaufenden akuten
Abstoßungsreaktion sprechen. Auch die Blutwerte bestätigten die
Annahmen über die ablaufende Abstoßungsreaktion. So waren in allen
Gruppen die sog. Myokardmarker deutliche erhöht, was für einen
myokardialen Schaden sowohl durch das operative Trauma, als auch
durch die Abstoßungsreaktion spricht. Des Weiteren wurde in
Versuchsgruppe 2, also der Gruppe die das Hamsterherz nach ca. 3
Tagen akut vaskulär (humoral) abgestoßen hat, ein deutlicher
Anstieg des Leukozytenwertes sowie eine Verlängerung des
Quick-Wertes gefunden, was unter anderem für eine starke
Stimulation des Immunsystems und eine Koagulopathie im Rahmen der
akut xenogenen Transplantatabstoßung spricht. Ebenso deckten sich
die Histologien der drei Versuchsgruppen mit diesen Annahmen und
den Ergebnissen anderer Forschungsgruppen zu diesem Thema. Die
Herzen, die die akut vaskuläre (humorale) Abstoßungsreaktion
unterliefen, zeigten bereits 90 Minuten nach Reperfusion
(Versuchsgruppe 1) erste Anzeichen der Transplantatabstoßung, wie
beginnende Nekrosen und Einblutungen. Nach vollständiger
Transplantatabstoßung (Versuchsgruppe 3) waren hingegen
flächenhafte Nekrosen sowie Hämorrhagien und perivaskulär
Infiltrate mononuklearer Zellen vorhanden. Die hyperakut
abgestoßenen Hamsterherzen (Versuchsgruppe 2) zeigten im Vergleich
zu den akut abgestoßenen Herzen ein ähnliches, wenn auch weniger
ausgeprägtes Bild der Transplantatzerstörung mit Nekrosen,
Hämorrhagien und Infiltraten mononuklearer Zellen. Thrombotische
Gefäßverschlüsse konnten sowohl bei den hyperakut als auch bei den
akut vaskulär (humoral) abgestoßenen Herzen vereinzelt gefunden
werden. Zusammenfassend konnte erstmals die mikrovaskulären
Mechanismen und die Koagulopathie während der akut vaskulären
(humoralen) Abstoßungsreaktion sowohl qualitativ als auch
quantitativ ausgewertet werden. Hierbei deckten sich die Ergebnisse
dieser Arbeit mit den Daten anderer Forschungsgruppen
weitestgehend. Somit wurde dieses Kleintiermodell erfolgreich
etabliert. Insbesondere eignet sich dieses Modell zur Erforschung
verschiedenster Strategien zur Verhinderung der xenogenen
Abstoßungsreaktion und deren mikrovaskulären Einflüsse.