Für Infarktpatienten

Wissenschaftler bringen künstliches Herzgewebe zum Schlagen

- Künstliches Herzgewebe aus menschlichen Stammzellen: In einem Gemeinschaftsprojekt wollen Forscher künstliche Herzmuskeln für Infarktpatienten entwicklen. Professor Zimmermann hat das künstliche Gewebe bereits zum Schlagen gebracht.

Göttinger Forscher wollen künstliche Herzmuskeln für Infarktpatienten entwickeln. Als weltweit erstem Wissenschaftler war es Prof. Wolfram-Hubertus Zimmermann vor knapp drei Jahren am Universitätsklinikum Eppendorf in Hamburg gelungen, künstliches Herzgewebe aus menschlichen Stammzellen zu züchten und zum Schlagen zu bringen

Auf den ersten Blick erscheint die Apparatur im Labor von Prof. Wolfram-Hubertus Zimmermann in der Göttinger Universitätsmedizin nicht besonders spektakulär. Eine Reihe mit acht Glasgefäßen, jedes eingepasst in eine spezielle technische Vorrichtung und angeschlossen an diverse Schläuche. In jedem Gefäß befindet sich ein blasses, ringförmiges Gebilde, das zwischen zwei Haken eingespannt ist und aussieht wie ein Tintenfischring in einem spanischen Paella-Gericht. Die Ringe sind jedoch keine kulinarische Spezialität, sondern ein faszinierendes Produkt der Stammzellforschung: Es sind künstliche Herzgewebe, die genauso kraftvoll und rhythmisch schlagen können wie ein natürliches Herz.

Zimmermann ist einer der Pioniere bei der Entwicklung von Verfahren zur Herstellung von künstlichem Herzgewebe. Als weltweit erstem Wissenschaftler war es ihm vor knapp drei Jahren am Universitätsklinikum Eppendorf in Hamburg gelungen, künstliches Herzgewebe aus menschlichen Stammzellen zu züchten und zum Schlagen zu bringen. Dies erreichten die Forscher durch einen Trick: Sie setzten die Zellen einer mechanischen Stimulation aus. Die physikalischen Reize und die Dehnung bewirkten, dass das Gewebe zu pulsieren begann.

Seit Oktober 2008 forscht Zimmermann an der Universität Göttingen, wo er die Abteilung Pharmakologie leitet. Gemeinsam mit seinem Team arbeitet der 40-jährige Stammzellforscher weiter an der Entwicklung sogenannter zellulärer Kardiaka. Dies sind biomedizinisch hergestellte Arzneimittel zur Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Im Focus steht dabei der Herzinfarkt. Jährlich erleiden etwa 280.000 Menschen in Deutschland eine derartige Herzattacke. 60 Prozent überleben den Infarkt, ihr Herz ist allerdings irreparabel geschädigt. „Bei einem starken Infarkt stirbt ein Viertel des Herzmuskelgewebes ab“, erläutert Zimmermann. Im Gegensatz zu anderen Organen wie beispielsweise der Leber sei das Herz nicht zur Selbstheilung fähig. Ziel der Forschungen ist es, defektes Gewebe durch bioartifizielles Herzgewebe zu ersetzen und damit das beschädigte Herz wieder zu kräftigen.

Bei Ratten funktioniert dies bereits. Die Forscher um Zimmermann züchten künstliches Gewebe aus den isolierten Herzzellen junger Ratten, das dann auf ein künstlich geschädigtes Rattenherz genäht wird. Die Flicken wachsen nicht nur am Herzmuskel fest, sondern schlagen auch im selben Takt. Die Tests zeigten, dass sich die Herzleistung der Tiere tatsächlich verbesserte.

Für die Anwendung am Menschen kommt dieser Weg allerdings nicht infrage, weil man einem Herzpatienten schlecht Herzmuskelzellen entnehmen kann. Deshalb versuchen die Wissenschaftler zu klären, welche Art von Zelle sich am besten als Ausgangsmaterial für die Herstellung von künstlichem Herzgewebe eignen könnte. Ein möglicher Weg ist die Generierung von Stammzellen aus Haaren herzkranker Patienten. Dabei werden die Haarzellen in eine Art Urzustand zurückversetzt und zu sogenannten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen) reprogrammiert, die sich dann wieder neu spezialisieren und zu synchron schlagenden Herzzellen entwickeln sollen.

Erfolg versprechend erscheint auch ein anderer Ansatz, nämlich Stammzellen aus unbefruchteten Eizellen zu entwickeln. Hier sei vor allem die Abstoßungsgefahr bei korrekter Anwendung gering, sagt Zimmermann. Bis solche im Labor gezüchteten Herzgewebe jedoch tatsächlich einmal klinisch eingesetzt werden können, sind noch viele Hürden zu nehmen. Eine dieser Hürden ist, dass die transplantierten Substanzen keine Herz-Rhythmus-Störungen auslösen dürfen.

Bei den Versuchen mit den reprogrammierten Zellen arbeitet Zimmermanns Arbeitsgruppe mit Kollegen aus dem Herzforschungszentrum Göttingen zusammen. Auch aus den hannoverschen Leibniz-Laboratorien für Biotechnologie und künstliche Organe (Lebao) an der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) beziehen die Göttinger reprogrammierte Stammzellen. „Wir kooperieren schon seit vielen Jahren mit den Gruppen in Hamburg und Göttingen“, erklärt Prof. Axel Haverich, Leiter der Klinik für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie an der MHH. Auch die Hannoveraner arbeiten daran, Herzinfarktschäden im Tierversuch mit Gewebeflicken aus dem Labor zu heilen – allerdings nicht an Ratten, sondern bei Mäusen und Schweinen.

Um gemeinsam mehr Schlagkraft zu entwickeln, wollen sich Stammzellforscher aus Hannover, Göttingen, Hamburg, Bremen, Schleswig-Holstein und Mecklenburg-Vorpommern jetzt unter Haverichs Leitung zur Gruppe „Norddeutsche Regeneration“ (NdR) zusammenschließen. „Wir wollen gemeinsam zur Herzmuskelentwicklung forschen“, sagt der MHH-Herzchirurg. „Der Schwerpunkt Herz ist gerade in Norddeutschland sehr groß.“

Heidi Niemann und Nicola Zellmer

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