Zellen aus dem Vorhof reparieren Gewebe in der Herzkammer

13. Juli 2013, 17:58
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Bei embryonalen Zebrabärblingen wandern Herzmuskelzellen aus dem Vorhof in geschädigte Kammern und tragen damit zur Regeneration bei

Bei embryonalen Zebrabärblingen, eine bei Aquarianern und Biologen gleichermaßen bliebte Fischart aus Zentralasien, haben deutsche und US-amerikanische Forscher eine besondere Fähigkeit zur Reneration von Herzgewebe beobachtet. Wird das Herz infolge eines Infarktes nicht ausreichend mit Blut versorgt, stirbt Herzgewebe ab. Während beim erwachsenen Menschen die Fähigkeit zur Selbstheilung kaum entwickelt ist, wandern bei Embryonen des Zebrabärblings Muskelzellen aus dem unbeschädigten Vorhof in die Herzkammer ein und tragen so wesentlich zur Heilung bei. Dies könnte Grundlage für neuartige Therapieansätze sein.

Gelingt es nach einem Herzinfarkt in der Klinik nicht schnell genug, die verschlossenen Herzkranzgefäße zu öffnen, wird bei diesen Patienten der Herzmuskel wegen der unterbrochenen Sauerstoffversorgung dauerhaft geschädigt. Die Folge ist unter anderem eine lebenslange Einschränkung der Herzfunktion bis hin zum Herzversagen.

Neuartiger Mechanismus

Seit vielen Jahren suchen deshalb Wissenschafter weltweit nach Möglichkeiten, die Regeneration von geschädigtem Herzgewebe zu stimulieren. Die Arbeitsgruppe von Didier Stainier vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung hat nun zusammen mit Wissenschaftern der Universität in San Diego bei Zebrafischen einen neuartigen Mechanismus identifiziert, bei dem Zellen aus dem Vorhof aktiv in die geschädigte Muskulatur der Herzkammer einwandern und dort neues Gewebe bilden.

Für ihre Studie verwendeten die Max-Planck-Forscher gentechnisch veränderte Fischlarven, bei denen sich gezielt die Muskelzellen der Herzkammer durch die Gabe einer Substanz ausschalten ließen. Hierzu wählten die Forscher einen bestimmten Zeitpunkt des Embryonalwachstums aus, bei dem das Herz bereits aktiv war. Durch die Medikamentenbehandlung starben die Muskelzellen weitestgehend ab, so dass sich die Herzfunktion messbar verschlechterte.

Um das Verhalten der verschiedenen Zellarten verfolgen zu können, waren zudem die Herzmuskelzellen mittels weiterer gentechnischer Eingriffe so verändert, dass Zellen aus dem Vorhof und der Herzkammer jeweils unterschiedlich leuchteten. "Auf diese Weise waren wir in der Lage, in einem konfokalen Mikroskop das Verhalten der einzelnen Zelltypen kontinuierlich verfolgen", erläutert Stainier.

Überraschende Zellen aus dem Vorhof

Wenige Stunden nach der Medikamentenbehandlung leuchteten im Ventrikel nur noch wenige Zellen rot und die Herzkammer war deutlich geschrumpft; beides Hinweise auf das Absterben der Muskelzelle. Bereits 24 Stunden später hat das Leuchten wieder deutlich zugenommen. Dies sei laut  Stainierein Hinweis auf eine Zellteilungsaktivität von überlebenden Zellen in der Herzkammer.

Eine derartige Regenerationsfähigkeit beim Zebrafisch ist seit längerem bekannt. Die eigentliche Überraschung war allerdings, dass zunehmend grün leuchtende Muskelzellen aus dem Vorhof in die Herzkammer einwanderten. Wenige Tage nach der Schädigung des Muskelgewebes leuchten weite Teile des Ventrikels grün.

Die Max-Planck-Forscher sehen in ihrer Studie Potenzial für eine zukünftige Therapie. "Obwohl beim Menschen im Vorhof eine Zellpopulation gefunden wurde, die ein vergleichbares Verhalten an den Tag legt, ist es fraglich, ob das menschliche Herz eine ähnliche Selbstheilungsfähigkeit besitzt", sagt Stainier. Eine Lösung könnte aber sein, mit Hilfe einer Gentherapie derartige Umprogrammierungen von Zellen zu stimulieren und so die Selbstheilungskräfte des Herzens zu stärken. (red, derStandard.at, 13.07.2013)

  • Im Laborversucht mit Zebrakärpflingen zeigte: Herzmuskelzellen aus dem Vorhof reparieren die geschädigte Herzkammer. 96 Stunden nach der Schädigung der Herzkammer sind eine große Zahl an Vorhofzellen (grün) aus dem Vorhof (A) in die Herzkammer (V) eingewandert. Zusammen mit den überlebenden Muskelzellen der Herzkammer (rot) kann die Herzkammer so wieder weitgehend funktionieren.
    foto: mpi f. herz- und lungenforschung

    Im Laborversucht mit Zebrakärpflingen zeigte: Herzmuskelzellen aus dem Vorhof reparieren die geschädigte Herzkammer. 96 Stunden nach der Schädigung der Herzkammer sind eine große Zahl an Vorhofzellen (grün) aus dem Vorhof (A) in die Herzkammer (V) eingewandert. Zusammen mit den überlebenden Muskelzellen der Herzkammer (rot) kann die Herzkammer so wieder weitgehend funktionieren.

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