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TransplantationenElektrisierte Herzmuskelzellen

Infolge eines Herzinfarkts sterben Herzmuskelzellen ab. Forscher versuchen dann, die abgestorbenen Zellen durch neue zu ersetzen, die sie aus Stammzellen herangezogen haben. Doch bislang integrieren sich die neuen Zellen nur schlecht in den Herzmuskel. Nun haben Forscher eine neue Methode vorgestellt, mit der die Zellen für ihre Aufgabe im Herzen besser vorbereitet werden.

Von Jochen Steiner | 20.01.2016

Die Computerdarstellung eines Herzinfarktes. Die Herzregion ist farbig hervorgehoben.
Computerdarstellung eines Herzinfarktes: Dabei sterben Herzmuskelzellen ab. (imago / imago / Science Photo Library)
"Das ist wirklich ein erstaunliches Organ, ein Wunderwerk der Natur. Ein Organ, das schlägt, das unser ganzes Leben lang schlägt. Aber es hat kaum Möglichkeiten, sich selbst zu heilen."
Gordana Vunjak-Novakovic von der Columbia Universität in New York will geschädigten Herzen helfen, zum Beispiel wenn nach einem Herzinfarkt Zellen abgestorben sind. In den letzten Jahren wurden große Anstrengungen unternommen, diese Zellen durch Herzmuskelzellen zu ersetzen, die Forscher aus Stammzellen herangezogen hatten. Doch der Erfolg blieb bislang aus.
"Das größte Problem dabei ist, dass die Herzmuskelzellen aus Stammzellen sehr unreif sind. Diese Zellen schlagen unregelmäßig. Wenn man sie in den Herzmuskel implantiert, haben sie große Schwierigkeiten, sich dem Takt des Herzschlags anzupassen. Das wurde in vielen Studien berichtet, die sich mit Reparaturmechanismen am Herzen beschäftigt haben."
Das Ziel von Gordana Vunjak-Novakovic und ihrer Arbeitsgruppe war es nun, die unreifen Herzmuskelzellen aus den Stammzellen in reifere, erfahrene Zellen zu verwandeln, denn diese synchronisieren sich gut und schlagen alle im gleichen Takt. Die Forscher nahmen induzierte pluripotente Stammzellen, die aus menschlichen Hautzellen entstanden sind, und ließen daraus in der Petrischale die noch unreifen Herzmuskelzellen wachsen.
Tierversuche sollen Verlässlichkeit zeigen
Da ein menschliches Herz durch elektrische Impulse zum Schlagen angeregt wird, haben die Wissenschaftler in ihren Versuchen ebenfalls mit elektrischer Energie gearbeitet: Sie setzten die unreifen Zellen kleinen Stromstößen von 5 Volt aus, die jeweils 2 Millisekunden lang waren. Die Anzahl der Impulse wählten sie so, wie sie auch beim schlagenden Herzen vorkommen, zwischen 0,5 und 2 Hertz, also bis zu zwei Mal pro Sekunde. Eine Woche lang standen die Herzmuskelzellen sozusagen unter Strom.
"Die anfangs noch unreifen Herzmuskelzellen haben mit der Zeit gelernt, mit der gleichen Frequenz wie die der Stimulation zu schlagen. Wenn wir sie zum Beispiel mit 2 Hertz stimuliert haben, dann haben sie auch mit 2 Hertz geschlagen. Und sie haben sich alle zusammen bewegt, es gibt also eine Synchronität."
Nach dem Training haben die Herzmuskelzellen in der Petrischale noch ein bis zwei Wochen lang in der erlernten Frequenz geschlagen. Das sei genügend Zeit, um die Zellen zu transplantieren, so Gordana Vunjak-Novakovic.
Gerade sind Tierversuche angelaufen, die zeigen sollen, ob die trainierten Herzmuskelzellen für den Organismus sicher sind und ob sie über einen langen Zeitraum verlässlich zusammen mit dem Herzen im gleichen Takt schlagen.