„Herz-Flicken“ an der Universität Rostock
Neuartiges 3D-Druckverfahren für Gefäßzellen und Stammzellen
Eine Art Laserdrucker für Zellen fördert die Bildung neuer Blutgefäße im geschädigten Herzareal. Wissenschaftler des Referenz- und Translationszentrum für kardiale Stammzelltherapien (RTC) der Universität Rostock haben eine künstliche Matrix (cardiac patch) im Laserdruckverfahren mit mesenchymalen Stammzellen und Blutgefäßzellen besiedelt. Im Tiermodell hat der Cardiac Patch zu einer deutlichen Funktionsverbesserung nach Herzinfarkt geführt.
Stammzellen sind der Schlüssel zu vielen Regenerationsprozessen im Körper. Der therapeutische Einsatz von Stammzellen wird daher intensiv erforscht. Therapien, bei denen patienteneigene Stammzellen direkt in das erkrankte Organ transplantiert werden, um dort Heilungsprozesse zu unterstützen, sind derzeit in der klinischen Prüfung. Visionär ist die Generierung ganzer Organe oder Organteile mit Hilfe von Stammzellen. Aktiv auf dem Gebiet des Tissue Engineering sind Rostocker Forscher des RTC. Ein wichtiger Schritt gelang jetzt dem Doktoranden Ralf Gäbel mit der gedruckten Anordnung von Blutgefäßzellen in einer netzförmigen Struktur.
Das therapeutische Ziel dieser Forschungsarbeit erläutert Prof. Gustav Steinhoff, Leiter des RTC Rostock: „Wir wollen in geschädigten Herzmuskelbereichen die Bildung neuer Blutgefäße anregen, damit sich der Muskel erholen und wieder zur Pumparbeit des Herzens beitragen kann.“ Bisher werden in Rostock patienteneigene Stammzellen in das geschädigte Herzmuskelgewebe transplantiert. Klinische Studien zeigen, dass dies zur Blutgefäßbildung beiträgt und die Herzfunktion dauerhaft verbessert.
Die Anordnung von Blutgefäßzellen und Stammzellen in einer kapillarnetzähnlichen Struktur erhöht die Effektivität der Blutgefäßneubildung, da sich die Zellen gezielter und gerichteter zu Gefäßen formieren können. „Ordnet man Blutgefäßzellen in einem geeigneten Medium definiert an, so bilden sie in der vorgegebenen Struktur ein Gefäß.“, sagt Ralf Gäbel. „Wir haben eine Kombination aus mesenchymalen Stammzellen und Blutgefäßzellen mit der Lasertechnik in einem kapillarnetzähnlichen Muster auf einen Cardiac Patch gedruckt und die Matrix dann im Labor beobachtet. Die Zellen haben bereits nach acht Tagen eine Gefäßstruktur gebildet.“ Im Tiermodell konnte der Cardiac Patch direkt auf dem Infarktbereich des erkrankten Herzens fixiert werden. Gegenüber einem willkürlich besiedelten Cardiac Patch trug das künstlich erzeugte Kapillarnetz zu einer Verbesserung der Herzfunktion bei.
Ob das Verfahren klinisch anwendbar sein wird, hängt davon ab, ob zukünftig auch komplexere Gewebe bzw. Organe auf diese Weise generiert werden können. Das RTC Rostock ist spezialisiert auf den Transfer von aussichtsreichen Stammzelltherapien vom Labor ans Krankenbett und wird den Cardiac Patch als Basis für künstliches Herzmuskelgewebe intensiv weiterentwickeln.
Originalveröffentlichung
Gaebel R, Ma N, Liu J, Guan J, Koch L, Klopsch C, Gruene M, Toelk A, Wang W, Mark P, Wang F, Chichkov B, Li W, Steinhoff G. Patterning human stem cells and endothelial cells with laser printing for cardiac regeneration. Biomaterials. 2011 Dec;32(35):9218-30.
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