Genetik: Zellen reparieren geschädigtes Mäuseherz

Wissenschaftlern ist es gelungen, die Herzfunktion wieder herzustellen, indem sie muskuläre Stammzellen in das geschädigte Herz von Mäusen transplantierten. Die Ergebnisse legen nahe, dass diese Technik eines Tages genutzt werden könnte, um das Herzgewebe von Menschen zu heilen.

Ähnliche Transplantationen sind schon früher sowohl bei Mäusen wie bei Menschen versucht worden, jedoch ohne großen Erfolg. Obwohl die Transplantate in manchen Fällen die Herzfunktion verbesserten, erhöhten sie bei einer Erkrankung, die als ventrikulare Tachykardie bezeichnet wird, das Risiko unnormal schneller Herzfrequenz. Ventrikulare Tachykardie ist die Hauptursache für den plötzlichen Tod von Patienten, die einen Herzinfarkt hatten; etwa 15 Prozent der Patienten sterben binnen drei Jahren nach ihrem Herzinfarkt aus dieser Ursache.

"Es ist ein großes klinisches Problem, das mit den verfügbaren Methoden nur unzufriedenstellend zu behandeln ist", sagt Richard Lee, Kardiologe am Brigham and Women's Hospital in Boston, Massachusetts. "Eine Vielzahl der Dinge, die wir versucht haben, um Arrhythmien zu vermeiden, haben sie stattdessen verursacht."

Herzinfarkte werden typischerweise durch eine graduelle Abnahme des Blutflusses verursacht, wodurch die Zellen des Herzens nicht mehr ausreichend versorgt werden. Wenn die Zellen sterben, bricht die Herzfunktion zusammen.

Forscher haben lange nach einem Weg gesucht, durch das Ersetzen der geschädigten Herzzellen die Auswirkungen des Herzversagens entweder zu vermeiden oder zu beheben. Frühe Resultate belegten, dass die Injektion von Stammzellen der Skelettmuskeln oder auch des Knochenmarks in verletzte Regionen des Herzens einen Teil der Funktion wieder herstellen kann.

Wie genau dies funktioniert, ist unklar: Manche meinen, dass die Muskelzellen genau wie Herzmuskelzellen kontrahieren und so das Schlagen des Herzens unterstützen. Andere nehmen an, dass die transplantierten Zellen die Wände des Herzens stärken. Was immer sie tun, eines ist klar: Beide Zellarten verbessern in manchen Fällen die Fähigkeit des Herzen zu schlagen, sie stören jedoch seinen Rhythmus.

Verbindungen schaffen

Daher versuchten Michael Kotlikoff von der Cornell University in Ithaca, New York, und Bernd Fleischmann von der Universität Bonn und ihre Kollegen eine andere Zellart, so genannte embryonale Herzmuskelzellen, zu transplantieren. Sie entdeckten, dass diese Zellen sich mit dem umgebenden Gewebe verbanden und elektrische Signale mit ihren neuen Nachbarn austauschen konnten - Signale, die notwendig sind, damit das Herz im Rhythmus schlägt. Das Ergebnis war ein gut funktionierendes Herz, wie sie in Nature berichten (1). Es waren relativ wenige transplantierte Zellen notwendig, um diesen Effekt zu erzielen.

Warum passen die embryonalen Zellen besser in das umgebende Gewebe als adulte Muskelzellen? Eine Erklärung könnte sein, so die Wissenschaftler, dass sowohl embryonale Zellen wie auch adulte Zellen des Herzens höhere Spiegel eines Proteins mit der Bezeichnung Connexin 43produzieren, das wichtig für das Ausbilden von Verbindungen zwischen Zellen ist. In adulten Muskelstammzellen wird Connexin 43 in niedrigen Spiegeln exprimiert.

Um zu testen, ob Connexion 43 tatsächlich der Schlüsselfaktor ist, wiederholten die Wissenschaftler das Vorgehen mit adulten Muskelstammzellen, die dazu gebracht worden waren, Connexin 43 zu exprimieren. Die Ergebnisse waren ähnlich gut. "Wenn man dafür sorgt, dass diese Zellen Connexin 43 exprimieren, korrigieren sie die Anfälligkeit für Arrhythmien", erklärt Kotlikoff. Dadurch ist man bei künftigen Forschungsvorhaben möglicherweise nicht mehr auf embryonales Gewebe angewiesen, das schwieriger zu beschaffen ist.

Die Methode muss eine Reihe technischer Hürden nehmen, bevor sie als Therapie zum Einsatz kommen kann. "Dieses neue Konzept ist sehr aufregend, aber man muss bei der klinischen Umsetzung vorsichtig sein", sagt Lee. "Arrhythmien sind sehr irritierend. Wir haben eine Menge Erfahrung mit Dingen, die danach aussahen, als würden sie bei Tieren helfen, es dann bei Menschen aber nicht taten."

Kotlikoff merkt an, dass das Team die Transplantanten lediglich zwei Wochen lang beobachtet hat - nicht lange genug, um sicher zu sein, dass die Transplantate auf lange Sicht stabil sind. Darüber hinaus war das geschädigte Gewebe in den Herzen der Mäuse auf eine bestimmte Region konzentriert, anders als das Mosaik lebender und abgestorbener Zellen, das sich in menschlichen Herzen findet.

(1) Roell, W. et al. Nature 450, 819-824 (2007).

Dieser Artikel wurde erstmals am 5.12.2007 bei news@nature.com veröffentlicht. doi: 10.1038/news.2007.356. Übersetzung: Sonja Hinte. © 2007, Macmillan Publishers Ltd

Heidi Ledford