Wissenschaftler haben den Grund für die mangelnde Fähigkeit zur Regeneration von Herzmuskelzellen gefunden

Stammzellenforscher an der University of California in Los Angeles haben herausgefunden, warum adulte Herzmuskelzellen, sogenannte Kardiomyozyten, ihre Fähigkeit zur Vermehrung verloren haben. Dies könnte erklären, warum das menschliche Herz über eine so eingeschränkte Regenerationsfähigkeit verfügt.

Die an Zelllinien und Mäusen durchgeführte Forschung könnte zur Entwicklung von Methoden führen, um Herzmuskelzellen direkt im Herzen von Patienten umzuprogrammieren und ihnen so die Bildung neuer Muskeln und die Reparatur von Schäden zu ermöglichen, sagte Dr. Robb MacLellan vom Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research an der UCLA.

Im Gegensatz zu Molchen und Salamandern kann der erwachsene menschliche Körper beschädigte Organe wie das Herz nicht spontan regenerieren. Neuere Studien zeigen jedoch, dass Säugetiere die Fähigkeit besitzen, das Herz für einen sehr kurzen Zeitraum – innerhalb der ersten Lebenswoche – zu regenerieren. Danach geht diese Fähigkeit verloren. Doch wenn sie einmal vorhanden war, kann sie vielleicht wiederhergestellt werden?

Die im Peer-Review-Magazin „Journal of Cell Biology“ veröffentlichte Forschung von Dr. McLellan zeigt, dass es möglich ist, die Zelluhr auf eine Zeit zurückzustellen, als Kardiomyozyten die Fähigkeit hatten, sich zu vermehren und Herzmuskel zu reparieren.

„Salamander und andere niedere Organismen besitzen die Fähigkeit, ihre Kardiomyozyten zu dedifferenzieren oder in einen früheren, primitiveren Zustand zurückzuversetzen. Dadurch können diese Zellen wieder in den Zellzyklus eintreten und neuen Herzmuskel bilden“, sagt Dr. McLellan, außerordentlicher Professor für Kardiologie und Physiologie. „Bei Säugetieren ist dieses Potenzial verloren gegangen. Wenn wir wüssten, wie wir es wiederherstellen oder den Grund kennen, warum adulte Kardiomyozyten sich nicht vermehren, könnten wir versuchen, das Herz mit den Methoden der Natur zu regenerieren.“

Kardiomyozyten entstehen aus Vorläuferzellen, die durch Proliferation das Herz bilden. Sobald das Herz gebildet ist, wandeln sich die Myozyten von unreifen zu reifen Zellen um, die sich nicht mehr vermehren können. Bei Molchen und Salamandern ist die Situation anders: Ihre Kardiomyozyten können in einen unreifen, primitiven Zustand zurückkehren und wieder die Fähigkeit zur Proliferation erlangen, Schäden reparieren und sich anschließend wieder in reife Zellen verwandeln.

Laut Dr. McLellan ist der Grund, warum menschliche Kardiomyozyten dazu nicht in der Lage sind, ganz einfach: In ihrem primitiveren Zustand verlieren Kardiomyozyten die Fähigkeit zur normalen Kontraktion, die für die ordnungsgemäße Funktion des Herzens unerlässlich ist. Da Menschen viel größer sind als Molche und Salamander, mussten unsere Herzen viel effizienter arbeiten, um optimalen Blutdruck und normalen Kreislauf aufrechtzuerhalten.

„Um optimalen Blutdruck und Kreislauf aufrechtzuerhalten, mussten wir im Laufe der Evolution die Fähigkeit zur Regeneration des Herzmuskels aufgeben“, sagt McLellan. „Dadurch gewannen wir effizientere Herzmuskelzellen und ein Herz. Aber das war ein Kompromiss.“

Dr. McLellan glaubt, dass die vorübergehende Hemmung der Expression von Proteinen, die den Zellzyklus blockieren, adulte Kardiomyozyten zur Rückkehr in den Zellzyklus, also zur Proliferation, zwingen könnte. Diese Methoden sollten reversibel sein, sodass der Effekt der gezielten Beeinflussung der für die Proliferation verantwortlichen Proteine nach der Reparatur des Schadens verschwindet. Die Kardiomyozyten würden dann zu reifen Zellen zurückkehren und beginnen, den wiederhergestellten Herzmuskel bei der Kontraktion zu unterstützen. Um die Proteine, die die Myozyten im reifen Zustand halten, auszuschalten, erwägt Dr. McLellan bereits den Einsatz von Nanopartikeln zur Einschleusung kleiner interferierender RNA ins Herz.

Bei einem Herzinfarkt wird ein Teil des Herzens nicht mehr mit Sauerstoff versorgt, die Kardiomyozyten sterben ab und werden durch Narbengewebe ersetzt. Es ist nicht schwer, den geschädigten Bereich des Herzens zu finden. Wenn eine Methode zur Reprogrammierung der patienteneigenen Myozyten entwickelt wird, kann ein System, das die Aktivität des gewünschten Proteins steuert und die Myozyten in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzen kann, in den geschädigten Bereich eingeführt werden. Dadurch kann der abgestorbene Herzmuskel durch einen lebenden ersetzt werden.

„Die Fähigkeit niederer Organismen zur Regeneration und warum dies beim Menschen nicht geschieht, wird schon lange diskutiert. Dies ist der erste Artikel, der eine Erklärung dafür liefert, warum dies geschieht“, kommentiert Professor McLellan seine Arbeit.

Es wird viel über die Verwendung menschlicher embryonaler Stammzellen (hES-Zellen) oder reprogrammierter induzierter pluripotenter Stammzellen (iPS-Zellen) zur Regeneration des Herzens diskutiert. Es ist jedoch unklar, welcher Grad der Regeneration erreicht werden kann und wie groß der Nutzen sein könnte.

„Meiner Ansicht nach ist dies ein möglicher Mechanismus zur Regeneration des Herzmuskels ohne den Einsatz von Stammzellen“, sagt Dr. McLellan. „In diesem Fall würde jeder Mensch zu einer Zellquelle für seine eigene Regeneration.“

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