Mit dem Herzen dabei

© Alciro Theodoro Da Silva
Text von: Claudia Klaft

Mit Leidenschaft und Sachverstand gelang Professor Wolfram-Hubertus Zimmermann von der Universitätsmedizin Göttingen ein weltweit einmaliger Durchbruch in der Herzforschung.

Es pumpt. Im Takt. Mal langsam, mal schneller. Und das ganze Leben hängt davon ab. Von diesem einen Organ: dem Herz. „Faszinierend“ findet Professor Wolfram-Hubertus Zimmermann den Umstand, dass es überhaupt funktioniert. „Schon in meiner Jugend hat mich diese Pumpfunktion interessiert. Diese empfindliche Mechanik, die über Leben und Tod bestimmt“, erklärt der heutige Leiter des Instituts für Pharmakologie an der Universitätsmedizin Göttingen.

Warum das Herz so wichtig ist, was dazu führt, dass dieses Organ kaputtgeht, und vor allem, wie man Menschen mit Herzfehlern helfen kann – diese Fragen haben ihn bis heute nicht losgelassen. Und nun, mit 43 Jahren, hat er mit seinem Team an der Universitätsmedizin Göttingen einen vielversprechenden Weg gefunden, um beschädigtes Herzgewebe – z.B. durch einen Herzinfarkt – zu ersetzen.

Diese weltweit erstmalig etablierte Methode besteht daraus, künstliches Herzgewebe aus nicht-embryonalen Stammzellen herzustellen, die aus unbefruchteten Eizellen gewonnen werden. Das im Labor gezüchtete Herzgewebe wurde zunächst bei Mäusen therapeutisch zur Reparatur von Herzinfarkten eingesetzt. „Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass es so zu einem Herzmuskelaufbau ohne Abstoßung kommt“, erklärt der Pharmakologe. Ob sich diese Therapie auch auf den Menschen übertragen lässt, muss in Folgeuntersuchungen geklärt werden.

„Wir sind auf einem guten Weg“, sagt er überzeugt. Ein Weg, der für den gebürtigen Hamburger bereits während des Studiums seinen Anfang nahm: „Ursprünglich wollte ich Patienten behandeln, Internist werden wie mein Vater.“ Und so studiert er zunächst Humanmedizin mit Auslandsaufenthalten in Kapstadt, Durham und Boston und schließlich Molekularbiologie an der Universität Hamburg. Eine spannende Doktorarbeit zum Thema ‚Herz‘ fand er im Bereich Pharmakologie, die ihn vor die Herausforderung stellte, erstmalig Säugetierherzgewebe im Labor herzustellen. Mit dieser Pionieraufgabe schlug er seine Forscherlaufbahn ein.

Das Herz ist eine muskuläre Pumpe, die nicht müde werden darf. Es besteht aus vier Herzkammern, die aufeinander abgestimmt verbrauchtes bzw. sauerstoffreiches Blut in die richtige Richtung lenken müssen und aus Muskelzellen, die die Pumpfunktion regulieren. Das komplexe Organ wird zum Mittelpunkt von Zimmermanns Untersuchungen. Laborarbeit statt Arztpraxis. Arbeit mit Menschen statt am Menschen. „Hier steht nicht die Verschreibung einer Therapie im Vordergrund, sondern die Entwicklung neuer Therapieverfahren für bisher nur unzureichend behandelbare Krankheiten – das macht es so spannend“, sagt Zimmermann mit einem Leuchten in seinen Augen.

Wie können Herzmuskelzellen, die beispielsweise durch einen Herzinfarkt irreversibel geschädigt wurden, ersetzt werden? Welches ‚Material‘ kommt dafür in Frage? Immerhin soll es keine Abstoßungsreaktion hervorrufen, keine Gerinnungsprobleme verursachen, langfristig funktionieren und vor allem „darf es dem Patienten nicht schaden“, erklärt er die oberste Maxime der Arzneimittelentwicklung.

Um das herauszufinden, befasst er sich mit Versuchsanordnungen, Langzeitbeobachtungen und Überprüfungen von Testergebnissen. Wichtig ist für ihn das Resultat, und das könnte in der Tat vielen Menschen das Leben retten. Die Meilensteine dafür sind dank seiner Zielstrebigkeit gesetzt. Noch ist die Transplantation bei schwerer Herzmuskelschwäche die optimale, wenngleich auch nicht ausreichend verfügbare Behandlungsmethode.

Auch eine höhere Bereitschaft zu Organspenden wird nie den großen Bedarf decken können. Medikamente sind nicht ausreichend wirksam, um den Tod durch Herzversagen zu verhindern. Ersatzgewebe sind daher eine vielversprechende Alternative: Es könnte wie ein Pflaster die beschädigte Herzpartie abdecken. ‚Engineered Heart Muscle‘ (= EHM) heißt diese neuartige Technik, bei der Zimmermann eine Vorreiterrolle zukommt.

Seit den neunziger Jahren forscht der Pharmakologe an der Universitätsklinik Hamburg-Eppendorf daran, das optimale Material für künstliche Herzmuskelzellen zu entwickeln. Zunächst experimentiert er mit tierischen Zellen und in Folge dann mit embryonalen Stammzellen. „Dafür bin ich 2002 extra nach Haifa gereist“, erzählt Zimmermann, „weil die israelischen Kollegen dort erstmalig ein Verfahren entwickelt hatten, um Herzmuskelzellen aus menschlichen embryonalen Stammzellen herzustellen.“

Dabei stammten die Stammzellen aus befruchteten Eizellen, die im Rahmen einer reproduktionsmedizinischen Behandlung nicht genutzt und in der Folge für die Forschung frei gegeben wurden. 2004 wird Zimmermann als Juniorprofessor für Kardiales Tissue Engineering am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf berufen. Und es ist seine Arbeitsgruppe, die das EHM für die therapeutische Anwendung entwickelt – bis heute gilt dieses Verfahren auch international als führend im Bereich der Herzmuskelzucht. Die Versuche damit, durchgeführt an Herzinfarkt-geschädigten Ratten, bestätigen die prinzipielle Anwendbarkeit von EHMs zum Gewebeersatz.

Der Beweis, dass das EHM-Verfahren auch auf Stammzellen übertragen werden kann, wurde in der Folge von der Gruppe um Zimmermann erbracht. Aber ist das, was bei Tieren möglich ist, auch für Menschen denkbar? Wenige Jahre später gelingt dem mittlerweile habilitierten Juniorprofessor und seinem Team ein weiterer Schritt: Sie bringen aus menschlichen Stammzellen gezüchtetes Gewebe zum Pulsieren. Generell kann es damit funktionieren. „Doch die Herausforderung, passgenaues Herzgewebe für Patienten herzustellen, bleibt bestehen – dazu muss sich das gezüchtete Gewebe nicht nur einfügen, sondern auch für lange Jahre stabil, vital und elastisch bleiben“, erklärt der Professor, der seit Oktober 2008 an der Universitätsmedizin Göttingen forscht und lehrt.

In den Laboren der Universitätsmedizin Göttingen wird daher reihenweise künstlich hergestelltes Gewebe in kleinen Gefäßen aufgehängt und stetiger Belastung ausgesetzt. Ebenso stetig wird die Kontraktionsdauer und -intensität beobachtet. Es sind die individuellen Krankheitsbilder, die unterschiedlichste Versuchsreihen erforderlich machen. Ein geschädigtes Kinderherz braucht anderes Gewebe als das eines Erwachsenen. Manche Herzen haben großflächige Schäden, andere nur einen kleinen Defekt. 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. Doch mancher lebt gesund und sportlich und bekommt dennoch einen Herzinfarkt.“ Welche Parameter dazu führen, dass eine Herzerkrankung eintritt – auch hierfür laufen Untersuchungen unter seiner Regie. „Unser Ziel ist, Patienten zu definieren, die eine Herzgewebeschwäche haben und von der Implantation eines künstlichen Gewebes profitieren“, sagt der Pharmakologe und ergänzt lächelnd: „Die Ansätze, die wir dafür entwickelt haben, sind ermutigend.“

Ganz neu und vielversprechend ist die Anwendung von unbefruchteten Eizellen für die Herzmuskelgewebeherstellung. Hierfür können nicht mehr benötigte Eizellen aus Kinderwunschbehandlungen verwendet werden. Der Vorteil ist nicht nur, dass diese zahlreich zur Verfügung stehen – geschätzt ca. 60.000 pro Jahr in Deutschland. Sondern, dass keine Embryonen zerstört werden müssen, keine genetischen Manipulationen erforderlich sind und darüber hinaus eine Anwendung zu wenigen bis keinen Abstoßungsreaktionen führen sollte; damit könnte ein zentrales Problem der Transplantationsmedizin gelöst werden. „Ob sich unsere Visionen umsetzen lassen, müssen Folgeuntersuchungen verifizieren. Dabei ist es vor allem notwendig, Studien durchzuführen, die eine klare Vorhersagekraft für eine Anwendung im Menschen hätten. Dazu sind starke wissenschaftliche und klinische Netzwerke, die hier in Göttingen mit dem Herzforschungszentrum bestehen und national wie international z.B. über das Deutsche Zentrum für Herzforschung existieren, von entscheidender Bedeutung.“

Es braucht seine Zeit, doch ist die Zuversicht groß. „Wir wissen nicht, wie lange der Weg noch ist – wir sehen bereits das Licht am Ende des Tunnels“, sagt Zimmermann. Denn es gäbe viele kluge Köpfe in der Forschung, und Göttingen sei mit seinem Herzforschungszentrum (HRCG), angebunden an die Universitätsmedizin Göttingen, sehr gut aufgestellt. Er ist begeistert vom Umfeld der lokalen Max-Planck-Institute, dem Deutschen Primatenzentrum und der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universitätsmedizin Göttingen, mit denen es „hervorragende Kooperationen“ gäbe. Eines ist jedoch erstaunlich, findet er: Göttingen pflege ein sehr starkes Understatement, trotz exzellentem Ruf in der Wissenschaft, durch den Forscher aus aller Welt angezogen werden. „Es lebt sich hier auch ganz hervorragend“, ergänzt der 43-jährige Familienvater, der in seiner Freizeit gern Tennis spielt.

Seine Leidenschaft jedoch ist die Forschung für den Patienten mit Herzmuskelschwäche und hier besonders die Entwicklung von innovativen Methoden zum therapeutischen Herzgewebeaufbau. Er ist mit ‚ganzem Herzen‘ dabei. „Schließlich“, so sein Fazit, „ist es sehr befriedigend, aktiv dazu beizutragen und dann zu sehen, wie aus einer Überlegung Realität wird.“