Herz aus Seide

26.01.2012: Einen geschädigten Herzmuskel kann der Mensch nicht regenerieren. An die Stelle der Muskelzellen tritt Narbengewebe. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim wollen die volle Herzfunktion wiederherstellen, indem sie künstliches Herzgewebe herstellen. Ihnen ist es nun gelungen, an einem dreidimensionalen Gerüst aus der Seide einer tropischen Raupe Herzmuskelzellen anzusiedeln.

Wie kaum ein anderes Organ ist das menschliche Herz auf Leistung und Effizienz getrimmt. Über Jahrzehnte pumpt es unablässig Blut durch den Körper. Doch der Preis für diese Leistungsoptimierung ist hoch: Im Laufe der Evolution wurden fast alle körpereigenen Regenerationsmechanismen am Herz abgeschaltet. Ein Herzinfarkt wird dadurch zu einem einschneidenden Ereignis für Patienten. Abgestorbene Herzzellen sind unwiederbringlich verloren. Ein dauerhafter Verlust von Pumpleistung und Lebensqualität ist die Folge.

Als einen Ansatz für eine spätere Therapie verfolgen Wissenschaftler deshalb das Ziel, im Labor Ersatzgewebe zu züchten, mit denen dann einem Ersatzteil gleich der geschädigte Herzmuskel repariert werden könnte. Als Herausforderung stellt sich dabei die Rekonstruktion einer dreidimensionalen Struktur dar. Deshalb wurde in der Vergangenheit mit einer Vielzahl von Materialien experimentiert, die als Gerüstsubstanz für die Ansiedlung von Herzmuskelzellen dienen sollten.

„Alle getesteten Fasern, gleich ob natürlichen oder künstlichen Ursprungs, hatten gravierende Nachteile“, sagt Felix Engel, Leiter einer Forschergruppe am Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim. „Entweder waren sie zu spröde, sie wurden vom Immunsystem attackiert oder die Herzmuskelzellen wollten sich nicht recht auf den Fasern ansiedeln.“  Im indischen Kharagpur sei man nun fündig geworden.

An der dortigen Universität werden aus den Kokons des Tusaseidenspinners (Antheraea mylitta) münzgroße Scheiben hergestellt. Für Chinmoy Patra, der aus Indien stammt und nun Mitarbeiter in Engels Labor ist, hat die Faser des Tusaseidenspinners im Vergleich zu anderen Substanzen mehrere Vorteile. „Die Oberfläche besitzt Proteinstrukturen, die eine Anheftung von Herzmuskelzellen erleichtert. Sie ist auch rauer als andere Seidenfasern.“ Das sei der Grund, weshalb die Muskelzellen gut anwachsen und einen dreidimensionalen Gewebeverband bilden konnten. „Die Kommunikation der Zellen war intakt, sodass sie über einen Zeitraum von 20 Tagen synchron schlugen, ganz wie im echten Herzmuskel“, so Engel.

Trotz der vielversprechenden Ergebnisse steht eine klinische Anwendung aber derzeit nicht auf der Agenda. „Anders als in unserer Studie, die wir mit Rattenzellen durchgeführt haben, ist das Problem, ausreichend menschliche Herzzellen als Ausgangsmaterial zu erhalten, noch nicht gelöst“, sagt Engel. Um keine Immunreaktion zu provozieren, stelle man sich vor, dass Stammzellen des Patienten selbst als Ausgangsmaterial dienen könnten. Noch sei aber völlig unklar, wie deren Umwandlung in Herzmuskelzellen funktioniere.

Originalveröffentlichung:
Chinmoy Patra, Sarmistha Talukdar, Tatyana Novoyatleva, Siva R. Velagala, Christian Mühlfeld, Banani Kundu, Subhas C. Kundu, Felix B. Engel; Silk protein fibroin from Antheraea mylitta for cardiac tissue engineering; Biomaterials, Online-Vorabveröffentlichung 10.1.2012