von Lisa M. Krieger
Kurz nachdem die Lebenserhaltung abgeschaltet wurde, überreichte eine anonyme Frau aus der Bay Area die reichlichsten Geschenke: 17 verschiedene Gewebe und Organe.
Einige wurden in Not geratene Fremde verpflanzt, aber viele andere wurden auf eine einzigartige Mission gebracht. Sie wurden für Forschungszwecke gespendet und trugen zu einem allerersten detaillierten „Zellatlas“ bei, einem Nachschlagewerk zu Zelltypen und Verhaltensweisen, das unser Verständnis von Gesundheit und Krankheit verändern wird.
Sie war eine von 15 verschiedenen kalifornischen Spendern für das Tabula Sapiens-Projekt, ein Team aus Dutzenden von Chirurgen, Wissenschaftlern und Koordinatoren für die Gewebegewinnung, das vom CZ Biohub in San Francisco in Zusammenarbeit mit Donor Network West, Stanford, UC San Francisco und UC Berkeley geleitet wird.
Für trauernde Familien „ist es eine Quelle des Stolzes, ‚Ja‘ zur Forschung zu sagen“, sagte Dr. Ahmad Salehi, Forschungsdirektor des Donor Network West, der bundesweit benannten Organbeschaffungsorganisation für Nordkalifornien und Nordnevada.
Das Projekt ist Teil einer ehrgeizigen internationalen Anstrengung von mehr als 2.300 Experten aus 83 Ländern – einschließlich der Kraftpakete Broad Institute of MIT, Harvard und des britischen Sanger Institute – zur Erstellung eines massiven Human Cell Atlas. Ihr Ziel ist es, jeden Zelltyp im menschlichen Körper abzubilden. Seine Ergebnisse, die in eine Online-Datenbank gestellt wurden, die jeder Wissenschaftler nutzen kann, wurden am Donnerstag in der Zeitschrift Science veröffentlicht.
Die Spender im Alter von 22 bis 69 Jahren starben plötzlich, typischerweise an Schlaganfall, Herzinfarkt oder Kopftrauma. Das bedeutet, dass ihre Zellen gesund und normal waren, perfekte Kandidaten für das Projekt. Sie erfüllten auch andere strenge Kriterien.
Fast eine halbe Million ihrer Zellen – 400 verschiedene Typen in 24 Organen – wurden identifiziert, genetisch sequenziert und in die Datenbank von Tabula Sapiens eingetragen.
„Die Qualität und Breite dieser Daten sind beispiellos“, sagte Stephen Quake, Präsident des CZ Biohub Network und Professor für Bioingenieurwesen und angewandte Physik in Stanford. Das Projekt „wird es Wissenschaftlern ermöglichen, Fragen zu grundlegender menschlicher Gesundheit und Krankheit zu stellen und zu beantworten, an die sie sich vorher nie heranwagen konnten.“
Wissenschaftler haben immer noch nur ein begrenztes Verständnis davon, wie Zellen unterschiedliche Gewebe und Organe bilden – und wie sie miteinander interagieren.
Bisher konzentrierten sie sich hauptsächlich auf die Untersuchung von Zellen in einzelnen Organen und Geweben oder von Zellen, die von verschiedenen Menschen gesammelt wurden. Dies macht es schwierig, einen Vergleich durchzuführen, da Menschen sich in genetischem Hintergrund, Alter und Umweltbelastung unterscheiden. Und die Wissenschaftler verwenden oft altes gefrorenes Gewebe, dessen Zellen abgebaut sind.
Eine zellweise Untersuchung der Gewebe und Organe einer einzelnen Person löst dieses Problem. Es zeigt organspezifische Unterschiede zwischen den Zelltypen. Und weil der Tod frisch ist, ist das zerbrechliche Zellinnere intakt.
Wissenschaftler haben lange darüber nachgedacht, wie gleiche Zellen wie Muskelzellen unterschiedliche Funktionen haben können. Eine könnte eine Muskelzelle für das Herz sein, die ihm hilft, Blut zu pumpen. Ein anderer könnte den Darm auskleiden oder Ihnen beim Laufen helfen.
Sie wissen jetzt, dass, obwohl alle Zellen im Körper genetisch identisch sind – sie die gleichen 25.000 Gene enthalten – jeder Zelltyp dieses Genom unterschiedlich nutzt. Indem nur eine Teilmenge aller möglichen Gene exprimiert wird, reift die Zelle zu einem bestimmten Typ mit einer bestimmten Aufgabe heran.
„Die Leute denken oft, dass das Genom der Bauplan des Organismus ist, aber das ist nicht wirklich richtig“, sagte Quake. „Das Genom ist eher eine Stückliste, weil jeder Zelltyp einen anderen Satz von Teilen verwendet.“
„Was wir hier tun konnten, ist zu interpretieren, wie die verschiedenen Teile des Genoms verwendet werden, um verschiedene Zelltypen zu definieren“, sagte er.
Das Tabula-Sapiens-Projekt könnte auch dazu beitragen, aufzudecken, wie sich Zellen verändern, wenn sie krank werden.
Zum Beispiel, sagte Salehi, könne man eine gesunde Leberzelle mit einer Fettleberzelle vergleichen „und fragen: ‚Ist auf molekularer Ebene etwas passiert?‘ „
Das Projekt wird durch die Großzügigkeit der Organspender und die Schnelligkeit der Wissenschaftler ermöglicht. Es ist noch im Gange und sucht nach potenziellen Spendern.
Die aktuelle Liste der Spender ist vielfältig und bietet eine repräsentative Momentaufnahme der vielen genetischen Abstammungslinien Amerikas. Da war eine 38-jährige schwarze Frau mit Lupus, die an einem Schlaganfall starb, eine 69-jährige weiße Frau mit Schizophrenie, die an einer Hirnverletzung starb, ein 56-jähriger Latino mit schwerem Asthma, der an Atemversagen starb , und ein junger 42-jähriger Asiate, der an einem Herzinfarkt starb.
Alle waren Kalifornier, hauptsächlich aus der Bay Area. Dadurch war es möglich, ihre wertvollen Zellen schnell zu unseren nahegelegenen Forschungslabors der Universität zu schicken.
Der mehrfach geprobte Prozess sei ein Tanz der logistischen Perfektion gewesen, sagte Salehi.
Bei traditionellen Organspenden gibt es ein mehrstündiges Zeitfenster, in dem Gewebe nach einem Todesfall chirurgisch entfernt werden muss. Wenn es dann einmal kühl gelagert wird, kann es sogar noch länger lebensfähig bleiben.
Spenden über das Tabula Sapiens-Projekt müssen jedoch schneller und effizienter sein, da die an der zellulären Genexpression beteiligten RNA-Moleküle fast sofort abgebaut werden.
Die Operation findet in der Regel um Mitternacht statt, wenn der Operationssaal leer ist. Der bereits hirntote Spender wird vom Beatmungsgerät genommen. Die Familie hat Abschied genommen.
Sobald eine Gruppe von Chirurgen Gewebe für die Transplantation entfernt, kommt eine andere Gruppe von Chirurgen, um andere Gewebe für die Forschung zu entnehmen. Jeder ist ein Experte auf seinem Gebiet, mit der Fähigkeit, ungewöhnliche Gewebe wie die Speicheldrüse, das Knochenmark oder Teile des Gefäßsystems zu entfernen.
Sofort werden die Taschentücher dreifach verpackt, verpackt, vereist, an Kuriere übergeben und eilig rausgebracht.
Inzwischen sind Wissenschaftler aus mehr als einem Dutzend verschiedener Labore in der Bay Area bereit und warten. Diese Teams ziehen die ganze Nacht durch und verarbeiten die Proben schnell. Später werden sie die Zellen mithilfe einer speziell entwickelten Software genetisch sequenzieren und charakterisieren.
Organspenden können kurzfristig Leben retten, indem sie Herz, Lunge und anderes Gewebe für schwerkranke Menschen anbieten, sagte Salehi.
„Aber sie können auch langfristig Leben retten“, sagte er. Indem sie zur Forschung beitragen, „denken Familien: ‚Ich kann heute Abend etwas tun, das vielleicht in fünf bis zehn Jahren einen Unterschied machen wird.'“
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