Gentechnisch veränderte Tiere in der Medizin: Arzneimittelproduktion und Organtransplantate

In der Medizin könnten transgene Tiere in Zukunft eine bedeutende Rolle spielen. Bereits jetzt unterstützen Tiermodelle die Entwicklung von Therapien gegen humane Erkrankungen mit genetischem Hintergrund. Arzneimittel aus transgenen Tieren helfen gegen seltene Erbkrankheiten, und Organe von gentechnisch veränderten Schweinen sollen schon in wenigen Jahren Schwerkranken das Leben retten.

Oncomouse, Maus

Krebsmaus. 1984 gelang Wissenschaftler an der Harvard Universität (USA) erstmals, ein gentechnisch verändertes Tier zu erzeugen. Sie diente als „Tiermodell“, da sich bei ihr leichter bestimmte Tumore bildeten. Die Krebsmaus war das erste patentierte Tier.
Foto: Science Museum, London

Ziege, Antithrombin
Ziege, Antithrombin

Gentechnisch veränderte Ziege produziert einen Wirkstoff, der Blutgerinsel hemmt (Antithrombin). Das ist weitaus effektiver als ihn aus menschlichem Blut zu gewinnen.
Fotos: GTC Biotherapeutics

Bereits in den 1980er Jahren wurden erstmals gezielt bestimmte Gene in Mäuse eingeführt - mit dem Ziel, die Anfälligkeit für die Tumorbildung zu erhöhen. Die so veränderte Maus diente als „Tiermodell“, an dem kanzerogene Substanzen und Arzneistoffe gegen Krebserkrankungen beim Menschen getestet werden konnten.

Zukunftstechnologie Gene Pharming?

Doch nicht nur in der Grundlagenforschung finden transgene Tiere Verwendung. Wissenschaftler möchten Ziegen, Schweine und Kühe schaffen, die in spezifischen Geweben kostengünstig Medikamente bilden. Gene Pharming oder Molecular Pharming nennt sich dieser Bereich der Gentechnik – ein Begriff, der sich aus „Pharmazie“ und dem englischen Ausdruck „Farming“ zusammensetzt.

Dabei ist der Einsatz von Tieren zur Gewinnung von Arzneimitteln nichts Neues. Bis in die 1940er Jahre gewann man Kortison aus den Nebennieren von Rindern. Insulin für Diabetiker wurde bis Mitte der 1980er aus tierischem Gewebe isoliert. Der Gerinnungshemmer Heparin stammt bis heute aus Schweinedarm oder Rinderlunge.

Nun überträgt man artfremde Erbinformation für bestimmte Substanzen auf Tiere, um diese gezielt als Produktionsplattform einzusetzen. Gene Pharming wird ein großes Potential zugeschrieben, da im Vergleich zur Zellkultur die Kosten bei vielen Produkten wie zum Beispiel monoklonalen Antikörpern geringer sind.

Im Handel: Antithrombin und Ruconest aus der Milch von transgenen Tieren

Verschiedene Ansätze zur Produktion in tierischen Organen sind in der Diskussion: Die Milchdrüse ist zurzeit der bevorzugte Bioreaktor bei Tieren. Hühnereier verwendet man beispielsweise zur Gewinnung von Impfstoffen. Auch Urin, Sperma und Blut sind mögliche Produktionsplattformen.

Im Jahr 2008 kam das erste Arzneimittel aus transgenen Tieren in einigen EU-Ländern, darunter auch Deutschland, auf den Markt. Antithrombin III, kurz ATryn, hemmt die Blutgerinnung und soll Menschen mit einem erblich bedingten Antithrombinmangel in Risikooperationen vor lebensgefährlichen Thrombosen schützen. Die Firma GTC Biotherapeutics (seit 2013 rEVO Biologics) hat die genetische Information für Antithrombin in das Genom von Ziegen eingeführt. Da dem Gen ein entsprechender Promotor vorgeschaltet ist, wird das Eiweiß nun in der Milchdrüse gebildet.

Im Dezember 2010 hat das niederländische Unternehmen Pharming Group das Medikament Ruconest (Conestat alfa) zur Behandlung des Hereditären Angioödems (HAE) in der EU auf den Markt gebracht. Das Arzneimittel darf nur durch medizinisches Fachpersonal intravenös verabreicht werden. HAE ist eine seltene Erbkrankheit, bei der es zu unter Umständen lebensgefährlichen Schwellungen der Haut, der Schleimhäute und der inneren Organe kommen kann. Betroffene haben eine zu geringe Blutkonzentration des Plasmaproteins C1-Esterase-Inhibitor (C1INH). Ruconest enthält dieses Protein, das durch eine gentechnische Veränderung in der Milchdrüse von Kaninchen gebildet wird.

Organe aus dem Schwein für Schwerkranke?

Der Bedarf an Spenderorganen ist bei weitem höher als das Angebot. Eine Lösung des Problems soll die Xenotransplantation sein – die Übertragung von Zellen, Geweben und Organen zwischen nicht verwandten Arten, wie vom Tier auf den Menschen.

Das Hausschwein ist besonders geeignet, da die Organe von Schweinen und Menschen in etwa die gleiche Größe und ähnliche anatomische und physiologische Merkmale haben. Bis die Xenotransplantation klinischer Alltag werden kann, sind aber noch einige Schwierigkeiten zu überwinden.

Das Hauptproblem ist dabei die immunologische Abstoßungsreaktion: Wird das Organ eines Schweins in den menschlichen Körper übertragen, reagieren Antikörper auf die Antigene der Oberfläche des Fremdkörpers. Das Abwehrsystem im Blut wird aktiviert und zerstört das Organ. Das soll mithilfe der Gentechnik verhindert werden. Eine Idee ist, die für diese Immunreaktion verantwortlichen Gene zu entfernen. Forschern aus Südkorea ist es 2012 so gelungen, das Herz eines gentechnisch veränderten Schweins in einen Affen zu transplantieren. Sie schätzen, dass etwa 2017 die ersten Patienten von derartigen Spenderorganen profitieren können.