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Vortrag: Pluripotente Stammzellen und wie man damit Herzen reparieren will

 

 

Die Leibniz Forschungslaboratorien für Biotechnologie und künstliche Organe (LEBAO) ist als eine der zentralen Institutionen des Exzellenzclusters „ REBIRTH" eng verknüpft mit der Klinik für Herz-,Thorax-,Transplantations- und Gefäßchirugie (HTTG) der MHH.

 

Am LEBAO werden vor allem verschiedene Aspekte der regenerativen Medizin und der Organtransplantation untersucht. Die enge Bindung von anwendungsorientierter Grundlagenforschung und Klinik wird hier über das Konzept einer Doppelspitze mit Klinikleitung (Prof. Dr. Dr. h.c. A. Haverich) und Forschungsleitung (Prof. Dr. U. Martin) verwirklicht.

 

Am 18.04.2013 hielt Herr Dr. Robert Zweigerdt im LEBAO einen äußerst interessanten Vortrag zum Thema „Pluripotente Stammzellen und wie man damit Herzen reparieren will."

 

Viele Menschen erleiden einen Myokardinfarkt und versterben an den Folgen. Durch einen Infarkt gehen viele Herzmuskelzellen (sog. Kardiomyozyten) verloren und der Herzmuskel wird an dieser Stelle irreversibel geschädigt und vernarbt. Da adulte Herzmuskelzellen eine mangelnde Proliferationsfähigkeit aufweisen und das Herz nicht von selbst regeneriert, ist das Ziel eine Technik zu entwickeln, die dem geschädigten Herzen wieder funktionsfähiges Gewebe zur Verfügung stellt.

 

An dieser Stelle setzt die Arbeit der Arbeitsgruppe um Dr. R. Zweigerdt an.

Sie versucht aus sog. induzierten pluripotenten Stammzellen Herzmuskelzellen und, in Zusammenarbeit mit anderen Gruppen, Gewebe zu züchten, mit welchem die Chirurgen das vernarbte Gewebe im Herzmuskel ersetzen können.

Dieses hört sich leichter an als es ist.

 

Induzierte Pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) sind Stammzellen aus denen sich fast jede Zellart entwickeln (differenzieren) lässt. Sie sind durch künstliche Reprogrammierung von somatischen Zellen ( z.B. Hautzellen ) entstanden.

Die Umwandlung wird durch eine von außen angeregte Expression spezieller Gene (beispielsweise über die Transkriptionsfaktoren Oct4, Sox2, Klf4 und c -Myc) in der somatischen Körperzelle angestoßen.

Hierfür gibt es die verschiedensten Techniken, wobei vor der klinischen Anwendung noch viel zu erforschen ist.

 

Induzierte pluripotende Stammzellen sind sehr interessant für den medizinischen Einsatz, weil

  • sie weniger ethische Probleme mit sich bringen als sogenannte humane embryonale Stammzellen (hES-Zellen), die, nach In-Vitro-Fertilisation (IVF), aus frühen Embryonen isoliert werden.
  • sie aus adulten somatischen Zellen des Patienten (z.B. aus Hautzellbiopsien) gebildet werden können, um dann als Ausgangsmaterial für einen erwünschten Zelltyp zur Verfügung zu stehen.
  • sie Patienten-eigene Zellen bilden und daher voraussichtlich keine Abstoßungsreaktionen verursachen werden, im Gegensatz zu nicht Patienten eigenen hES-Zellen. Diese  bringen im Rahmen von Transplantationen ein hohes Potential an Gewebeabstoßung mit sich.

 

Allerdings bleiben einige Probleme nach wie vor ungelöst.

  • Wie verhindert man den Verbleib nicht differenzierter iPS-Zellen vor einer Transplantation in den Menschen? Undifferenzierte, pluripotente Stammzellen bergen ein hohes Risiko.
  •  Wie verhindert man die Bildung von Teratomen (Keimzelltumore).? 
  • Wie generiert man effizient eine große Menge eines bestimmten Zelltyps aus hiPS-Zellen, wie z.B. Herzmuskelzellen, sog. Kardiomyozyten? 
  • Wie formt man aus den gewonnen Zellen gewebeartige, dickere Zellverbände von mehr als 300µm Stärke (Diffusionsprobleme), die voraussichtlich zur Herzregeneration benötigt werden?

 

 

In der Arbeitsgruppe um Dr. Robert Zweigerdt bedient man sich kleiner Bioreaktoren, in denen hiPS-Zellen zunächst in großer Menge vermehrt und anschließend in Kardiomyozyten differenziert werden, die zu kleinen Aggregaten zusammenwachsen und so ein Pseudo-Herzgewebe in Kultur bilden.

 

Diese Aggregate werden von anderen Arbeitsgruppen ebenfalls am LEBAO zur Bildung größerer Gewebekonstrukte verwendet, darauf abzielend in Zukunft vernarbtes Herzgewebe zu ersetzen. Dieses Verfahren ist generell schon recht gut etabliert.?

 

 

Dennoch bleibt ein großes Problem zu klären:

Wie kann man zeigen, dass sich die Kardiomyozyten bzw. die daraus gewonnenen Gewebe nach Transplantation in ein geschädigtes Herz auch funktionell integrieren und zeigen, dass das Ganze für den Patienten von Nutzen ist? Bis heute gibt es hierzu noch keine aussagekräftigen Studien.

 

 

Es ist ein spannendes Gebiet. Und viele Kooperationspartner wollen bei der Lösung mithelfen (u.a. aus den Bereichen Tissue Engineering, Physiologe und Herzchirurgie).

 

 

Am Ende des sehr interessanten Vortrages hat Herr Dr. Zweigerdt uns noch einen Einblick in die Räumlichkeiten der Arbeitsgruppe gegeben, wobei ein Blick auf die kleinen Bioreaktoren natürlich nicht fehlen durfte.

 

 

Recht herzlichen Dank noch einmal an Herrn Dr. Zweigerdt !

 

Autor B. Beckmann, 2013


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