Ein Pflaster fürs Herz

© Alciro Theodoro Da Silva
Text von: Claudia Klaft

Professor Zimmermann entwickelte mit seinem Team an der UMG weltweit erstmalig die Herzreparatur mit unbefruchteten Eizellen.

Vom Herzen hängt das ganze Leben ab. Das komplexe Organ ist eine muskuläre Pumpe, bestehend aus vier Herzkammern, die aufeinander abgestimmt verbrauchtes bzw. sauerstoffreiches Blut in die richtige Richtung lenken müssen, und aus Muskelzellen, die die Pumpfunktion regulieren. „Faszinierend, dass diese empfindliche Mechanik überhaupt funktioniert“, findet Professor Wolfram Zimmermann, Leiter des Instituts für Pharmakologie an der Universitätsmedizin Göttingen (UMG).

Doch oft genug ist sie fehlerhaft und führt zum Herzinfarkt. Auch wenn dieser zu den häufigsten Todesursachen gehört – er endet zum Glück nicht immer tödlich. Immerhin überleben 80 Prozent der ca. 300.000 betroffenen Menschen pro Jahr in Deutschland den kurzzeitigen Sauerstoffmangel des Herzens. Doch sie tragen neben den psychischen Belastungen eine Herznarbe davon, die häufig zu einer Beeinträchtigung des weiteren Lebens im Sinne einer Herzmuskelschwäche führt, denn immerhin werden bei jedem Infarkt etwa eine Milliarde Herzzellen geschädigt und schwächen so das lebenswichtige Organ.

Bisher ist die durch den Herzinfarkt ausgelöste Herzmuskelschwäche durch zwei Therapien behandelbar: Bei schwerer Herzmuskelschwäche ist die Transplantation die optimale, wenngleich auch nicht ausreichend verfügbare Behandlungsmethode, denn die Anzahl der Organspenden wird immer zu gering sein, um den großen Bedarf decken zu können. Leichtere Fälle werden mit Medikamenten behandelt, die nicht nur zu unerwünschten Nebenwirkungen führen können, sondern auch nicht ausreichend wirksam sind, um den Tod durch schwächebedingtes Herzversagen zu verhindern.

Seit Jahren beschäftigt sich die Wissenschaft daher mit der Frage: Können Herzmuskelzellen ersetzt werden? Und wenn ja, wie muss das Ersatzmaterial beschaffen sein? Einer der Forscher auf diesem Gebiet ist Wolfram Zimmermann. Seit seiner Doktorarbeit in den neunziger Jahren beschäftigt sich der 43-Jährige damit, wie künstliches Gewebe beschaffen sein müsste, um Patienten damit helfen zu können. Mit Erfolg: Im Frühjahr dieses Jahres glückte ihm und seinem Team ein bahnbrechendes Experiment, das auf lange Sicht ein Durchbruch in der Entwicklung künstlichen Herzgewebes sein könnte.

Ihnen ist weltweit erstmalig gelungen, künstliches Herzgewebe aus nicht-embryonalen Stammzellen herzustellen, die sich über die sogenannte ‚Jungfernzeugung‘ (Parthenogenese) aus unbefruchteten Eizellen gewinnen lassen. Das im Labor gezüchtete Gewebe haben sie mit großem Erfolg bei Mäusen therapeutisch zur Reparatur von Herzinfarkten eingesetzt. „Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass es so zu einem Herzmuskelaufbau ohne Abstoßung kommt“, erklärt der Pharmakologe.

Genau das war das Problem der bisher entwickelten Gewebe aus embryonalen Stammzellen: Diese werden vom Immunsystem als Fremdkörper erkannt und angegriffen. Zudem werden die Zellen, wie der Name es verrät, aus befruchteten Eizellen gewonnen, was die ethische Frage aufwirft: Gelten diese schon als Leben, oder darf man sie für die Heilung vieler Menschen nutzen? Die Forschung hat auch mit ihnen experimentiert, und es gelang – ebenfalls dem Team um Zimmermann –, im Labor daraus Herzgewebe herzustellen, das Kraft erzeugen kann. Doch das immunologische Problem erforderte neue Ansätze. Mit den nicht-embryonalen Stammzellen lässt sich nun künstliches Herzreparaturmaterial auf fast natürliche Weise herstellen. Damit scheinen die ‚Alleskönnerzellen‘ ein vielversprechendes Ausgangsmaterial für die gewebezüchtungsbasierte Behandlung von Herzmuskelschwäche nach einem Infarkt zu sein.

„Die Vorteile des neues Verfahrens liegen auf der Hand“, erklärt Zimmermann. Denn hierfür können Eizellen verwendet werden, die im Rahmen einer geplanten Kinderwunschbehandlung gewonnen, dann aber nicht mehr benötigt werden. Mit geschätzt immerhin 60.000 Eizellen pro Jahr in Deutschland gäbe es genügend Ausgangsmaterial; benö tigt werden davon in etwa 80 Eizellen. Dafür werden keine Embryonen zerstört, es sind keine genetischen Manipulationen erforderlich, und vor allem haben die Experimente gezeigt, dass eine Anwendung zu wenigen bis keinen Abstoßungsreaktionen führt – womit ein zentrales Problem der Transplantationsmedizin gelöst werden könnte. Dieser Effekt hänge ursächlich damit zusammen, dass das Erbmaterial in unbefruchteten Eizellen weniger variabel ist als in gegengeschlechtlich gezeugten Embryonen.

Doch wie funktioniert überhaupt die Übertragung des Gewebes auf das Herz? Indem es „wie ein Pflaster“, so Zimmermann, auf die beschädigte Herzpartie aufgebracht wird. Und das in der jeweils individuell benötigten Größe. Denn bei jedem Infarkt werden unterschiedlich viele Zellen an unterschiedlichen Stellen geschädigt. Ein geschädigtes Kinderherz braucht anderes Gewebe als das eines Erwachsenen. Manche Herzen sind bereits großflächig beschädigt, andere haben nur einen kleinen Defekt. Ein passendes ‚Herzpflaster‘ wäre geradezu ideal.

Bleibt die Frage, ob das, was bei Tieren möglich ist, auch für Menschen denkbar ist. „Die Herausforderung, passgenaues Herzgewebe für Patienten zu züchten, bleibt bestehen – dazu muss das im Labor hergestellte Herzgewebe sich nicht nur einfügen, sondern auch für lange Jahre stabil, vital und elastisch bleiben“, erklärt der Professor.

Zimmermann weist noch auf einen anderen Aspekt hin: „Wir können noch immer nicht mit Sicherheit sagen, warum jemand am Herzen erkrankt. Dass Rauchen ein wesentlicher Risikofaktor ist, wissen wir hinlänglich. Doch mancher lebt gesund und sportlich und bekommt dennoch einen Herzinfarkt.“ Welche Parameter dazu führen, dass eine Herzerkrankung eintritt – auch hierfür laufen Gewebeuntersuchungen unter seiner Regie. „Unser Ziel ist, Patienten zu definieren, die eine Herzgewebeschwäche haben und von der Implantation eines künstlichen Gewebes profitieren.“

Ob sich die Visionen des UMG-Teams umsetzen lassen, müssen jetzt Folgeuntersuchungen verifizieren. Dabei ist es vor allem notwendig, Studien durchzuführen, die eine klare Vorhersagekraft für eine Anwendung im Menschen hätte. „Die Herausforderung besteht nun darin, das aus den Stammzellen gezüchtete, Kraft generierende Herzgewebe auch für eine Anwendung am Patienten ‚verträglich‘ zu machen“, erklärt Zimmermann. Bis das Ersatzgewebe als ‚Medikament‘ genutzt werden kann, sind jedoch noch langjährige Untersuchungen erforderlich. Die erste Anwendung soll in Patienten mit schwerer Herzmuskelschwäche erfolgen. Mit großer Spannung werden erste Ergebnisse aus Untersuchungen mit embryonalen Stammzellen aus den USA erwartet. Diese dienen auch als Grundlage für die Entwicklung von Zimmermanns nicht-embryonalen Verfahren zur Herzreparatur.

Es braucht seine Zeit, dennoch ist die Zuversicht groß. „Auch wenn wir nicht wissen, wie lange der Weg noch ist – wir sehen bereits das Licht am Ende des Tunnels“, sagt Zimmermann, schließlich seien viele kluge Köpfe in der Forschung tätig. Und er betont, dass Göttingen mit seinem Herzforschungszentrum (HRCG), angebunden an die Universitätsmedizin Göttingen, sehr gut aufgestellt sei und von den guten Kooperationen vor Ort mit den Max-Planck-Instituten, dem Deutschen Primatenzentrum und der Naturwissenschaftlichen Fakultät der UMG profitiere. Die hohe medizinische und wissenschaftliche Kompetenz Göttingens sei weltweit anerkannt – doch vor Ort selbst zu wenig bekannt, bedauert er.

Der 43-Jährige jedenfalls wird weiter „mit dem Herzen“ daran forschen, dass Menschen mit Herzmuskelschwäche, bedingt durch einen Infarkt oder Bluthochdruck, eine wirksame Therapie erhalten können. Er freut sich darauf, gemeinsam mit seinem Team, bestehend aus internationalen Wissenschaftlern, innovative Konzepte zu entwickeln und weiter zu treiben.