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Eine Forschergruppe des Deutschen Zentrums für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK) im Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE) züchtet künstliches Herzgewebe, um damit Herzschwäche zu heilen. Die Forscher können dafür jetzt auf Zellen mit raffinierten Eigenschaften zurückgreifen. Möglich macht das eine Kooperation des UKE mit der Biotechnologiefirma Evotec, die auch das Herzgewebe für die Anwendungen am Menschen herstellen will.
Die sogenannten „cloaked“ Zellen (englisch cloak – sich tarnen) können sich vor dem Immunsystem verstecken. Warum das wichtig ist, erklärt Prof. Thomas Eschenhagen vom Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf: „Bringt man körperfremdes Herzgewebe auf, wird es erkannt und abgestoßen, wenn man nicht gleichzeitig immununterdrückende Medikamente gibt. Die Zellen, die Evotec zur Verfügung hat, haben bestimmte Immunfaktoren so modifiziert, dass das Immunsystem des Empfängers sie nicht mehr abstößt. Damit fliegen die Zellen sozusagen unter dem Radar, Immunsuppressiva wären dann nicht nötig oder nur in geringerer Dosis.“
Solche Methoden wurden in den letzten Jahren von verschiedenen Forschergruppen entwickelt, unter anderem von der Gruppe von Sonja Schrepfer ebenfalls vom UKE und der University of San Francisco (Nature Biotechnology 2018). Inzwischen werden die verschiedenen Ansätze von Firmen weiterentwickelt, Evotec hat sich die Lizenz für Zellen der Firma panCELLa gesichert.
Zelltherapie mit Herzgewebe aus Stammzellen
Eschenhagen und sein Team forschen seit über zwanzig Jahren daran, kranke Herzen mit neuem Herzgewebe zu heilen. Denn sind Herzmuskelzellen einmal zerstört, wachsen sie nie wieder nach. Es kommt zur Herzmuskelschwäche, das bedeutet die Pumpkraft des Herzens und damit die Leistungsfähigkeit des Patienten sind - mitunter extrem - eingeschränkt. Häufigster Grund für eine Herzmuskelschwäche ist ein vorangegangener Herzinfarkt. Die Herzschwäche ist nicht heilbar.
Nach Jahren der Grundlagenforschung befindet sich die Zelltherapie des Hamburger Teams nun auf dem Weg in die klinische Anwendung. Und so wird das Gewebe hergestellt es: Aus sogenannten induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC) - das sind Zellen, aus denen Forscher jede beliebige Körperzelle erzeugen können - werden im Labor lebendige Herzmuskelzellen. Daraus werden handtellergroße Herzmuskelgewebe gezüchtet und auf das kranke Herz aufgenäht.
Zellen haben Sicherheitsmechanismus
Und noch ein raffiniertes Prinzip wollen die DZHK-Forscher ausprobieren: Die von Evotec verwendeten Stammzellen sind so verändert, dass sie mit einem für die Anwendung im Menschen zugelassenen und häufig eingesetzten Medikament gezielt abgetötet werden können, wenn sie sich im Zustand der Zellteilung befinden. Grundsätzlich werden die Herzzellen in einem hoch-kontrollierten Prozess aus den iPS-Zellen so hergestellt, dass sich im implantierten Produkt keine Zellen mehr befinden, die nicht voll ausdifferenziert sind, sich also noch teilen können. Denn solche Zellen könnten unter Umständen zur Bildung eines gutartigen Tumors führen. Als zusätzliche Sicherheits-Option sind die Stammzellen nun genetisch so modifiziert, dass eventuell doch noch vorhandene sich teilende Zellen durch das Medikament gezielt eliminiert werden. Das Implantat wird dabei nicht beeinflusst, weil sich Herzmuskelzellen nicht teilen.
„Um Herzmuskelgewebe für Menschen herzustellen, brauchen wir Industriepartner, universitäre Labore sind dafür nicht ausgestattet“, sagt Eschenhagen. Evotec hat eine industrialisierte iPSC Infrastruktur aufgebaut, die eine der größten und modernsten ihrer Art in der Industrie ist. Die börsennotierte Firma mit Hauptsitz in Hamburg arbeitet seit einigen Jahren mit Hochdruck an regenerativen Therapieprojekten. Die vorbereitenden Arbeiten, die in die Kooperation mit Evotec münden, wurden ganz wesentlich vom DZHK finanziert.
Eschenhagen hat bei solchen Kooperationen mit der Industrie keine Berührungsängste, im Gegenteil: „Nur Firmen können Material in pharmazeutischer Qualität in größerem Maßstab herstellen. Für die erfolgreiche Translation, also die Überführung von akademischen Forschungsergebnissen in die klinische Anwendung ist eine solche Zusammenarbeit unabdingbar.“ Transparenz sei dabei oberstes Gebot, so Eschenhagen. Er persönlich habe an Evotec keine Anteile.
Prof. Thomas Eschenhagen, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, t.eschenhagen(at)uke.de
Human Engineered Heart Tissue Patches Remuscularize the Injured Heart in a Dose-Dependent Manner. Weinberger et al. Circulation 2021 https://www.ahajournals.org/doi/abs/10.1161/CIRCULATIONAHA.120.047904
https://dzhk.de/aktuelles/news/artikel/dzhk-forschungsgruppe-kooperiert-mit-evot...
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Biology, Medicine, Nutrition / healthcare / nursing
transregional, national
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