Als het gaat om orgaantransplantatie, racen artsen tegen de klok - en de tijd staat niet aan hun kant.
Een team van clinici moet eerst het orgel van de donor verwijderen, sets handschoenen die samenwerken om behendig weefsel van het lichaam af te splitsen. Artsen bereiden het geoogste orgaan vervolgens voor op transport naar de ontvanger, die mogelijk uren weg is met het vliegtuig. Zodra het orgel zijn bestemming heeft bereikt, kan de transplantatie eindelijk beginnen; nogmaals, chirurgen moeten snel werken om zowel de veiligheid van de patiënt als de levensvatbaarheid van het orgaan te waarborgen.
Door deze beschrijving klinkt orgaantransplantatie mogelijk als een tv-drama, waarbij medisch personeel door ziekenhuisgangen sprint met koelers vol lichaamsdelen. Maar al het gehaast roept een vraag op die veel belangrijker is dan een tv-show: hoe lang kan een orgaan buiten het lichaam blijven en geschikt blijven voor transplantatie?
Het hangt af van het orgel. Voorlopig kan het tijdvenster tussen 4 en 36 uur zijn. Maar op een dag hopen artsen wekenlang organen te kunnen onderhouden.
Organen op ijs
In 2018 vonden alleen al in de Verenigde Staten meer dan 36.500 orgaantransplantaties plaats, volgens het United Network for Organ Sharing (UNOS). Nieren waren verreweg het meest getransplanteerde orgaan, met vorig jaar meer dan 21.000 transplantaties. De volgende meest getransplanteerde organen waren de lever, het hart en de longen, in die volgorde, gevolgd door transplantaties van de alvleesklier, de darmen en de multiorgan.
De meeste organen worden na hun oogst in "statische koude opslag" geplaatst, wat betekent dat het orgel in een koeler vol ijs wordt gedeponeerd, volgens een rapport uit 2019 in de Journal of International Medical Research.
"Het oorspronkelijke idee voor koude bewaring lijkt veel op het plaatsen van ons voedsel in de koelkast", zegt Dr. Mingyao Liu, de directeur van het Institute of Medical Science en een professor chirurgie, geneeskunde en fysiologie aan de Universiteit van Toronto.
Voordat artsen een orgaan in koude opslag plaatsen, spoelen artsen eerst het weefsel met een "conserveringsoplossing" om het orgaan te beschermen tegen schade veroorzaakt door extreme kou, vertelde Liu aan WordsSideKick.com.
Op lichaamstemperatuur pompen cellen chemicaliën in en uit hun membranen om lage natrium- en hoge kaliumconcentraties in de cel te behouden. Maar koude cellen kunnen niet efficiënt pompen. Chemische stoffen lekken over hun membranen en na verloop van tijd zwellen de lekkende cellen op met overtollig vocht, waardoor ze ernstige schade oplopen. Conserveringsoplossingen helpen deze schade te vertragen door het natrium- en kaliumgehalte onder controle te houden. Deze oplossingen kunnen ook voedingsstoffen en antioxidanten bevatten om de cellen te ondersteunen en ontstekingen te onderdrukken, zei Liu. In combinatie met ijs en een koeler kunnen bewaaroplossingen organen na de oogst urenlang levensvatbaar houden.
Bij temperaturen tussen 32 en 39 graden Fahrenheit (0 en 4 graden Celsius) daalt het celmetabolisme tot ongeveer 5% van zijn normale snelheid, dus weefsels branden veel langzamer door hun energiereserves en hebben minder zuurstof nodig om hun activiteit te behouden. Hierdoor helpt het koelen van een orgaan het begin van ischemie te vertragen, een aandoening waarbij weefsel beschadigd of disfunctioneel wordt door een gebrek aan zuurstof.
Door een orgaan op ijs te zetten, worden ook de beperkte energiereserves van de cellen uitgerekt, waardoor wordt voorkomen dat schadelijke metabolieten de weefsels van het orgaan opbouwen en afbreken, volgens een rapport uit 2018 in het Yale Journal of Biology and Medicine.
Van de vaak getransplanteerde organen verliezen harten het snelst hun levensvatbaarheid wanneer ze in een koeler worden bewaard, zei Dr. Brian Lima, de directeur van harttransplantatiechirurgie in het North Shore University Hospital in Manhasset, New York. Idealiter zou een hart niet langer dan 4 tot 6 uur in een statische koude opslag moeten worden geplaatst, zei hij. Na 4 uur begint de hartcelfunctie te falen en neemt de kans dat het orgaan bij de ontvanger slecht functioneert, dramatisch toe. Transplantatie-orgaanfalen, bekend als primaire transplantaatdisfunctie, is de "meest gevreesde complicatie" geassocieerd met transplantaties van vaste organen, zei Lima.
'Het hart ... is het meest gevoelig voor een gebrek aan doorbloeding', zei Lima. 'De nieren daarentegen zijn erg veerkrachtig.' Geoogste nieren kunnen 24 tot 36 uur in koude opslag levensvatbaar blijven, langer dan alle andere top-vier transplantatieorganen. Volgens Dr. James Markmann, hoofd van de afdeling transplantatie van het Massachusetts General Hospital in Boston, kunnen longen gedurende 6 tot 8 uur levensvatbaar blijven, zei Lima, en kan de lever ongeveer 12 uur in de koude opslag blijven.
Een alternatieve methode
Hoewel het low-tech is, biedt de ijskoelermethode "een eenvoudige en effectieve manier om organen te bewaren en te transporteren" en wordt het sinds de jaren zestig veel gebruikt, volgens het rapport van Liu uit 2018. Maar de techniek is niet zonder nadelen. Niet alleen verliezen organen in gekoelde opslag binnen enkele uren hun levensvatbaarheid, maar ook artsen kunnen de kwaliteit van de gekoelde organen niet beoordelen, zei Liu.
Kortom, geen enkele objectieve test kan clinici vertellen of een orgaan nog steeds functioneert wanneer het orgaan in kwestie in een ijskoude koeler zit, waarbij het celmetabolisme in slow motion afneemt. Een alternatief voor koude opslag stelt artsen echter in staat om organen te controleren voordat ze worden getransplanteerd, en deze optie kan binnenkort gemeengoed worden, vertelden experts WordsSideKick.com.
Deze alternatieve conserveringsmethode, bekend als perfusie, omvat het aansluiten van een geoogst orgaan op een machine die zuurstof- en voedingsrijke vloeistof door de weefsels van het orgaan pompt, zoals het hart in het lichaam zou doen, volgens het 2018-rapport van het Yale-tijdschrift . Terwijl het is aangesloten op de machine, terwijl het orgel energie metaboliseert en afval produceert, worden de suikervoorraden aangevuld en worden de giftige metabolieten opgeruimd.
Voordat chirurgen een orgaan oogsten, stopt het hart van de donor gedurende enige tijd met het pompen van zuurstofrijk bloed naar het weefsel, wat schade veroorzaakt. Het plaatsen van een orgaan in een perfusiemachine kan het weefsel een kans geven om te herstellen, zei Markmann. Bovendien kunnen clinici het orgaan inchecken door de niveaus van de metaboliet lactaat die in het systeem circuleert te controleren, zei hij. Cellen gebruiken lactaat tijdens normale metabole functies, dus "als het orgaan goed werkt, moet het lactaat na verloop van tijd worden geklaard", zei Markmann.
"Lactaat is op zijn best een ruwe metabole maatstaf voor perfusie door het lichaam", maar het dient nog steeds als een superieure maatstaf in vergelijking met het oogballen van een bijna bevroren orgaan vóór transplantatie, voegde Lima eraan toe. Afhankelijk van het orgaan kunnen artsen de gezondheid van het weefsel ook beoordelen door andere metingen, zoals de productie van gal door de lever.
Kan perfusie organen langer gezond houden?
Sommige perfusiesystemen vereisen nog steeds dat het orgel wordt afgekoeld als onderdeel van het conserveringsproces, maar in de afgelopen 20 jaar hebben verschillende onderzoeksgroepen ervoor gekozen om het orgel warm te houden en de weefsels te overspoelen met warm bloed. Bij temperaturen tussen 68 en 92 F (20 en 33 C), functioneren geïsoleerde organen ongeveer zoals ze in het menselijk lichaam werken. Zowel koude als warme perfusiesystemen worden nu veel gebruikt in Australië en het VK, maar de meeste van deze apparaten blijven in klinische onderzoeken in de Verenigde Staten.
Eén perfusiesysteem in de Verenigde Staten haalde echter in december de krantenkoppen als onderdeel van een eerste harttransplantatie in zijn soort. Artsen van het Duke University Medical Center in Durham, North Carolina, verwijderden het hart van een patiënt nadat het niet meer klopte; Vervolgens 'reanimeerden' ze in wezen het orgel met behulp van een warm perfusiesysteem, meldde CNN. Meestal worden harten verwijderd van hersendode donoren voordat het orgaan stopt met kloppen, om uitgebreide schade door ischemie te voorkomen. Artsen 'reanimeerden' eerder kinderharten in de Verenigde Staten, maar ze hadden het systeem nog nooit op een volwassen orgaan gebruikt. In landen die het systeem al jaren gebruiken, is de donorpool met acceptabele harten met ongeveer 30% tot 40% uitgebreid, zei Lima.
'Als dat zich vertaalt in de Verenigde Staten, hebben we het over grote, grote aantallen', voegde hij eraan toe.
Dr. Jacob Schroder, assistent-professor chirurgie aan de Duke University en een van de chirurgen die hielpen bij het uitvoeren van de historische harttransplantatie, vertelde CNN dat het gebruik van het systeem in het hele land "de donorpool en het aantal transplantaties met 30% kan verhogen".
Hoewel de donorpool kan uitbreiden, zou de toestand van de organen dan verbeteren? Tot nu toe hebben maar weinig studies koelere opslag direct vergeleken met perfusie, maar anekdotisch lijken geperfuseerde organen over het algemeen beter te presteren.
Bijvoorbeeld, in één proef waarbij een leverperfusiesysteem werd vergeleken met standaard koude opslag, verwierpen artsen slechts 16 geperfuseerde levers, vergeleken met 32 die afkomstig waren van koelers, en de geperfuseerde organen leken minder beschadigd, volgens Stat News. Liu zei dat hij soortgelijke trends heeft waargenomen in zijn eigen werk met longtransplantaties. Liu en zijn collega's ontwikkelden een "ex vivo perfusiesysteem" voor longen; voor de introductie werd minder dan 20% van de donorlongen met succes getransplanteerd in het ziekenhuis van zijn universiteit. Nu heeft het programma zijn activiteit met 70% uitgebreid, "met uitstekende resultaten", volgens een rapport uit 2018.
Doorgaans blijven de longen gedurende 4 tot 6 uur aangesloten op het perfusiesysteem, maar experimenteel onderzoek met dierlijke organen suggereert dat geperfundeerde longen 12 tot 18 levensvatbaar zouden kunnen blijven, en misschien zelfs tot 36 uur, zei Liu. Hij voegde eraan toe dat op een dag een orgaan wekenlang kan worden geperfuseerd. Hoe langer organen op het systeem kunnen blijven zitten, hoe meer tijd clinici nodig hebben om beschadigd weefsel te herstellen. Liu en zijn collega's onderzoeken nu hoe ontstekingen en celdood in geperfundeerde longen kunnen worden geremd. Maar in de toekomst kunnen organen misschien worden behandeld met gen- of stamceltherapieën terwijl ze zijn aangesloten op een perfusiemachine, zei hij.
Voorlopig reizen de meeste gedoneerde organen echter nog steeds naar hun ontvangers, genesteld in koelers van smeltend ijs. Waarom?
'Eerlijk gezegd zijn de hindernis de kosten', zei Lima. Een perfusiesysteem voor een enkel orgaan kan enkele duizenden dollars kosten, wat uiteraard de prijs van een standaardkoeler overtreft, zei hij. Aangezien weinig studies perfusie hebben vergeleken met standaard koude opslag, bestaan er geen "wereldschokkende gegevens" die ziekenhuizen zouden kunnen overtuigen om de overstap landelijk te maken.
Maar gezien het recente succes van de Duke-harttransplantatie, zei Lima dat perfusie binnenkort de standaardbehandeling kan worden.
