Maschinenperfusion

Nach der Organentnahme werden die relevanten Gefäße kanüliert und mit einem extrakorporalen Perfusionskreislauf verbunden. Dieser besteht grundsätzlich aus einem Reservoir, einer Pumpe, einem Schlauchsystem und einer Temperaturkontrolle. Je nach Verfahren kommen zusätzlich Oxygenatoren, Wärmetauscher, Druck- und Flusssensoren sowie weitere Überwachungssysteme zum Einsatz.

Das Perfusat kann je nach Organ, Temperatur und Perfusionsverfahren unterschiedlich zusammengesetzt sein. Neben kristalloiden Lösungen können beispielsweise kolloidale Bestandteile, Elektrolyte, Nährstoffe, Puffer, Medikamente oder Sauerstoffträger enthalten sein.

Die Perfusion kann druck- oder flussgesteuert erfolgen. Ziel ist eine möglichst physiologische bzw. für das jeweilige Temperaturregime geeignete Durchblutung des Organs bei gleichzeitiger Begrenzung perfusionsbedingter Schäden.

Maschinenperfusionsverfahren können insbesondere anhand der verwendeten Temperatur unterschieden werden.

Daneben existieren unterschiedliche technische Varianten und organspezifische Protokolle. Bei der Leber kann eine hypotherme oxygenierte Perfusion beispielsweise ausschließlich über die V. portae als HOPE oder zusätzlich über die A. hepatica als duale HOPE (D-HOPE) durchgeführt werden.

Maschinenperfusion kann unmittelbar nach der Organentnahme beginnen oder erst nach einer vorausgehenden Phase der statischen Kaltlagerung erfolgen. Letzteres wird insbesondere bei einer Maschinenperfusion im Empfängerzentrum als End-ischemic Machine Perfusion bezeichnet.

Ein wesentliches Ziel der Maschinenperfusion ist die Verminderung von Konservierungs- und Ischämie-Reperfusionsschäden. Die zugrunde liegenden Mechanismen unterscheiden sich jedoch deutlich zwischen den verschiedenen Temperaturregimen.

Bei hypothermen Verfahren bleibt der zelluläre Stoffwechsel stark reduziert. Eine zusätzliche Oxygenierung ermöglicht dennoch die mitochondriale oxidative Phosphorylierung und die Wiederherstellung zellulärer Energiereserven. Bei der HOPE kann unter anderem akkumuliertes Succinat kontrolliert metabolisiert werden, wodurch die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies bei der späteren Reperfusion vermindert werden kann.

Bei der NMP wird dagegen ein annähernd physiologischer Stoffwechsel aufrechterhalten bzw. wiederhergestellt. Das Organ produziert Energie, verbraucht Sauerstoff und kann organspezifische Funktionen ausüben. Dadurch kann neben der Konservierung insbesondere eine funktionelle Beurteilung des Organs erfolgen.

Maschinenperfusionsverfahren können somit unterschiedliche Ziele verfolgen:

• Verlängerung oder Optimierung der Organkonservierung
• Verminderung von Ischämie-Reperfusionsschäden
• funktionelle Beurteilung des Spenderorgans
• Erweiterung des Spenderpools durch Nutzung marginaler Organe
• Rekonditionierung geschädigter Organe
• Bereitstellung einer Plattform für gezielte pharmakologische oder biologische Interventionen

Ein wesentlicher Vorteil gegenüber der statischen Kaltlagerung besteht in der Möglichkeit, während der Maschinenperfusion Informationen über den Zustand des Organs zu gewinnen.

Die verwendeten Viabilitätsparameter unterscheiden sich nach Organ und Perfusionsverfahren. Bei der normothermen Leberperfusion können beispielsweise Laktatclearance, Perfusat-pH, Glukosestoffwechsel, Galleproduktion, Gallenzusammensetzung sowie arterielle und portale Fluss- und Widerstandsparameter beurteilt werden.

Bei hypothermen Verfahren ist die funktionelle Beurteilung aufgrund des reduzierten Stoffwechsels eingeschränkter. Hier werden unter anderem Perfusionsparameter sowie Biomarker mitochondrialer Schädigung untersucht. Bei der Leber gilt insbesondere die Freisetzung von Flavinmononukleotid (FMN) in das Perfusat als möglicher Marker mitochondrialer Schädigung.

Die zuverlässige Definition von Viabilitätskriterien und Grenzwerten ist Gegenstand aktueller Forschung und hängt wesentlich vom jeweiligen Organ und Perfusionsverfahren ab.

Maschinenperfusionsverfahren haben insbesondere im Zusammenhang mit der zunehmenden Verwendung von Organen mit erweiterten Spenderkriterien an Bedeutung gewonnen. Hierzu zählen beispielsweise ältere Spender, Organe nach Donation after Circulatory Death (DCD), steatotische Lebern oder Organe mit verlängerten Ischämiezeiten.

Bei der Lebertransplantation konnte insbesondere für hypotherme oxygenierte und normotherme Verfahren in randomisierten Studien eine Reduktion bestimmter Formen von Transplantatschädigung gezeigt werden.^[3] Je nach Verfahren und untersuchter Population wurden unter anderem Effekte auf Ischämie-Reperfusionsschäden, Early Allograft Dysfunction und biliäre Komplikationen beschrieben.

Darüber hinaus kann die Maschinenperfusion die Transplantation von Organen ermöglichen, die aufgrund ihrer Risikokonstellation unter alleiniger statischer Kaltlagerung möglicherweise abgelehnt worden wären. Insbesondere die NMP eröffnet durch die funktionelle Beurteilung die Möglichkeit einer Neubewertung zunächst als ungeeignet eingeschätzter Organe.

Die deutsche S2k-Leitlinie zur Lebertransplantation nennt die Maschinenperfusion als Möglichkeit zur Funktionsprüfung und Verbesserung marginaler Spenderlebern; die Anwendung sollte möglichst im Rahmen klinischer Studien erfolgen.^[4]

Organ- und verfahrensspezifische Kontraindikationen sind für die Maschinenperfusion nicht einheitlich definiert. Bei normothermen Systemen werden je nach Organ und Protokoll unter anderem ausgeprägte makroskopische Traumatisierung, aktive Blutung, unzureichende Gefäßverhältnisse oder eine für das jeweilige Verfahren nicht geeignete Organqualität als Ausschlusskriterien genannt.^[5]

Als praktische Abbruchkriterien gelten technische Störungen des Perfusionskreislaufs, nicht beherrschbare Druck- oder Flussabweichungen, relevante Leckagen sowie eine fortgesetzte Verschlechterung von Perfusionsparametern oder Viabilitätsmarkern. Bei der Leberperfusion sprechen insbesondere anhaltende metabolische Azidose, persistierende Laktaterhöhung, unzureichende Galleproduktion oder ungünstige biliäre Parameter gegen eine Fortführung beziehungsweise Transplantation des Organs.^[6][7]

Die endgültige Entscheidung über Beginn, Fortführung oder Abbruch der Maschinenperfusion bleibt organ-, spender- und zentrumsabhängig und beruht auf der Gesamtschau von Morphologie, Perfusionsverlauf und Viabilitätskriterien.^[6]

Maschinenperfusionsverfahren sind mit einem höheren technischen, personellen und finanziellen Aufwand als die statische Kaltlagerung verbunden. Sie erfordern spezielle Geräte, Verbrauchsmaterialien und entsprechend geschultes Personal.

Weitere Limitationen umfassen mögliche technische Komplikationen während der Perfusion sowie fehlende Standardisierung zwischen verschiedenen Geräten und Protokollen. Auch die optimale Auswahl der zu perfundierenden Organe, die ideale Perfusionsdauer und die Interpretation von Viabilitätsmarkern sind für viele Verfahren noch nicht abschließend geklärt.

Die verschiedenen Formen der Maschinenperfusion sind zudem nicht als austauschbare Verfahren anzusehen. Hypotherme und normotherme Perfusion verfolgen teilweise unterschiedliche physiologische und klinische Ziele und können daher je nach Organ, Spenderkonstellation und klinischer Fragestellung unterschiedliche Einsatzgebiete besitzen.

• Nasralla et al., A randomized trial of normothermic preservation in liver transplantation, Nature, 2018
• van Rijn et al., Hypothermic Machine Perfusion in Liver Transplantation — A Randomized Trial, New England Journal of Medicine, 2021
• Schlegel et al., Hypothermic oxygenated perfusion protects from mitochondrial injury before liver transplantation, EBioMedicine, 2020