Forscher stellen in großen Mengen Herzmuskelzellen aus Stammzellen her
Umwandlung von pluripotenten Stammzellen zu Herzmuskelzellen für Gewebezucht
Bei einem Herzinfarkt oder bei Herzschwäche wird häufig das Herzmuskelgewebe irreparabel geschädigt. Vielen Patienten könnte man durch im Labor hergestelltes Gewebe helfen. Doch um Herzgewebe aus menschlichen pluripotenten Stammzellen (hPS-Zellen) züchten zu können, benötigen die Forscher Milliarden an Zellen. Wissenschaftler der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) haben nun eine Methode entwickelt, mit der sie Millionen von hPS-Zellen herstellen und diese auch gleich in Herzzellen umwandeln können. Die Zellen schwimmen dabei als Zellaggregate unter ständigem Rühren in einer Nährlösung und wachsen nicht wie in der Zellkultur üblich auf der Oberfläche einer Kulturschale. Die Forscher um Dr. Robert Zweigerdt, MHH-Klinik für Herz-, Thorax-, Transplantations- und Gefäßchirurgie (HTTG), konnten mit dieser Methode in einem Bioreaktor mit 100-Milliliter Kulturvolumen 40 Millionen Herzmuskelzellen erzeugen, aus denen sie im Labor künstliche Herzgewebe herstellten. „Unsere Methode eröffnet neue Wege für die Entwicklung regenerativer Zelltherapien, für die künstliche Herstellung von Geweben und für bessere Strategien bei der Medikamentenentwicklung. Wir sind damit der therapeutischen und industriellen Anwendung von hPS-Zellen wieder ein Stück näher gekommen. Vor der klinischen Anwendung müssen wie jedoch noch kritische Sicherheitsaspekte klären. Die Anwendung der erzeugten Zellen für die Untersuchung unerwünschter Nebeneffekte von Medikamenten ist hingegen bereits in vollem Gange“, sagt Dr. Zweigerdt, dessen Arbeitsgruppe „Massenproduktion von pluripotenten Stammzellen“ des Exzellenzclusters REBIRTH (Von Regenerativer Biologie zu Rekonstruktiver Therapie) in den Leibniz Forschungslaboratorien für Biotechnologie und künstliche Organe (LEBAO) an der MHH untergebracht ist. Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Stem Cell Reports.
„Die Zellen wurden zunächst in kleinem Maßstab in einer Multiwellplatte herangezogen, dann in Erlenmeyerkolben und anschließend in Bioreaktoren überführt. Unsere Methode hat gegenüber der konventionellen Zellkultur den großen Vorteil, dass der Kulturmaßstab relativ leicht vergrößert werden kann, um effizient große Zellmengen zu produzieren“, erklärt Dr. Ruth Olmer. „Die von uns herangezogenen pluripotenten Stammzellen konnten durch die Aktivierung des Wnt-Signalwegs effizient in Herzmuskelzellen umgewandelt werden. Im nächsten Schritt planen wir eine weitere Verbesserung des Zellertrags und die Übertragung in einen zehnfach größeren Kulturmaßstab in 1.000-Milliliter Bioreaktoren. Im Prinzip ließen sich dann innerhalb von 14 Tagen genügend Zellen in einem Reaktor produzieren, um den Verlust an Herzmuskelzellen eines Patienten nach Herzinfarkt, daher etwa ein bis zwei Milliarden Zellen, auszugleichen“, ergänzt Henning Kempf. Kempf und Dr. Olmer teilen sich die Erstautorenschaft der Publikation.
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