Zelle für Zelle : Berliner Forscher erstellen dreidimensionale Karte des Herzens

Ein Großprojekt soll eine dreidimensionale Karte des Menschen liefern – bis ins kleinste zelluläre Detail. Berliner Forscher werden sich des Herzens annehmen.

Herzmuskelzellen interagieren mit vielen anderen Zellen. Wie genau und welche das sind, das wollen Forscher jetzt untersuchen.
Herzmuskelzellen interagieren mit vielen anderen Zellen. Wie genau und welche das sind, das wollen Forscher jetzt untersuchen.Foto: MPG

Wenn das Herz schlägt, sind die Abläufe ziemlich klar: Die Kammern kontrahieren sich, der Druck steigt, Blut fließt in den Körper. Welche Zellen an diesem Vorgang beteiligt sind, weiß man auch. Was auf Zellebene jedoch genau passiert und wie die Zellen miteinander interagieren, das ist bislang noch kaum verstanden.

Ein internationales Forschungsteam soll nun versuchen, wichtige Fragen auf diesem Gebiet zu beantworten.

Die Vermessung des Menschen

Unter der Leitung von Norbert Hübner vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) in Berlin haben es sich die Forscher zur Aufgabe gemacht, die Prozesse im Herzen Zelle für Zelle zu verstehen. Das Projekt ist Teil einer Unternehmung namens "Human Cell Atlas". Es wird mit knapp vier Millionen Dollar von der "Chan Zuckerberg Initiative" des Facebook-Chefs Mark Zuckerberg und seiner Frau Priscilla Chan unterstützt.

Die Organisation fördert weltweit insgesamt 38 Netzwerke zur Erforschung verschiedener Organe und Gewebe. Am Ende soll eine dreidimensionale Karte des menschlichen Körpers entstehen. Sie soll alle Zellarten abdecken und Information darüber geben, welche Gene in ihrem Innern gerade aktiv sein können.

Gemeinsam mit dem Genetiker Jonathan Seidman von der Harvard Medical School in Boston/Massachusetts hat Hübner ein Team von 13 führenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Deutschland, Großbritannien und den USA zusammengestellt, die sich in den nächsten drei Jahren auf das Organ Herz konzentrieren werden. In einer Anschubphase im vergangenen Jahr wurde bereits mit ersten Versuche begonnen. Hier wurde auch getestet, ob es realistisch ist, dass die Wissenschaftler dieses enorme Projekt bewerkstelligen können.

Auf der Suche nach neuen Zellen

Mittels Einzelzell-Sequenzierung wollen sie anhand von sechs definierten Regionen eine genetische Karte des Herzens und seiner Gewebe und Zellen erstellen. "Wir können wie mit einer Lupe in die Zellen hineinzoomen und uns ihr Genexpressionsprofil anschauen", erklärt Hübner. Das heißt, die Forscher schauen sich an, wie die Erbinformation in einzelnen Zellen und Zellkernen genutzt wird, welche Gene aktiv sind und an welchen Stellen sich die Zellen voneinander unterscheiden. Insgesamt werden sie mehrere Millionen Zellen untersuchen.

"Wir nehmen stark an, dass wir dabei auch neue Zellarten entdecken werden", sagt MDC-Forscher Hübner. Wobei "neu" eine Frage der Definition sei. Bisher wurden Herzzellen danach unterteilt, ob sie zum Muskelgewebe gehörten, Teil des strukturgebenden Bindegewebes waren oder sich am Aufbau der Blutgefäße beteiligten. Schon jetzt gibt es viele Hinweise darauf, dass Herzzellen im Verlauf ihres Lebens unterschiedliche Funktionen wahrnehmen können. Mit ihren Untersuchungen hoffen die Forscher, diese Annahme untermauern zu können.

Solide Grundlagen für künftige Studien schaffen

Insgesamt wird das internationale Forschungskonsortium 20 Herzen untersuchen, zehn von männlichen und zehn von weiblichen verstorbenen Spendern.

Zunächst interessiert sie, welche Unterschiede es zwischen den einzelnen Spendern gibt und welche Rolle das Geschlecht spielt. "Am Ende wollen wir die Zellen wieder wie ein Puzzle zusammensetzen", erklärt Hübner – virtuell jedenfalls. Dabei soll ein detailliertes Modell des Organs entstehen: eine dreidimensionale Karte, die zeigt, wie die Zellen räumlich angeordnet sind und welche Aufgaben sie im Gewebe jeweils erfüllen. Diese Daten sollen dann als Referenz für zukünftige Untersuchungen dienen.

Denn erst, wenn die Forscher wissen, wie gesunde Herzen funktionieren, können sie sich daran machen, pathologischen Prozessen auf den Grund zu gehen. Dann wird es darum gehen, wie sich Stress und Krankheit auf das Organ auswirken und was das mit den Zellen macht. "Diese Unterschiede festzustellen", so Hübner, "das wird der nächste Schritt sein."

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