Regeneration von Herzzellen auf direktem Weg

San Francisco (USA) - Abgestorbene Herzmuskelzellen werden vom Körper, wenn überhaupt, nicht mehr vollständig ersetzt. Daher bleibt das Herz dauerhaft geschädigt. Doch jetzt ist es amerikanischen Forschern gelungen, durch Übertragung von drei Genen Bindegewebszellen aus den Herzen von Mäusen in Herzmuskelzellen umzuwandeln. Diese waren zu rhythmischen Kontraktionen fähig. Eine solche Umprogrammierung war bisher nur möglich, indem zunächst so genannte induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) erzeugt wurden, aus denen sich dann erst der gewünschte Zelltyp entwickelte. Wenn es gelingt, die Genübertragung durch eine Behandlung mit Gen aktivierenden Wirkstoffen zu ersetzen, wäre eine Regeneration von Herzgewebe nach einem Infarkt ganz ohne Einsatz von Stammzellen möglich, schreiben die Wissenschaftler im Fachblatt "Cell".

"Anders als bei der iPS-Reprogrammierung, die sehr wenig effizient ist, konnten wir aus 20 Prozent der Fibroblasten Herzmuskelzellen machen", sagt Deepak Srivastava vom Gladstone Institute of Cardiovascular Disease der University of California in San Francisco. Bei der Erzeugung von iPS-Zellen liegt die Ausbeute nur bei 0,1 Prozent. Insgesamt dauerte es einige Wochen, bis aus den Bindegewebszellen, den Fibroblasten, Zellen mit den typischen Eigenschaften von Herzmuskelzellen entstanden waren. Sie zeigten rhythmische Kontraktionen und das Muster ihrer Genaktivitäten entsprach weitgehend dem normaler Herzmuskelzellen. Die Umwandlung gelang auch mit Bindegewebszellen der Haut. In den ersten Experimenten wurden noch 14 verschiedene Gene übertragen. Dann stellte sich heraus, dass eine Beschränkung auf drei Gene (Gata4, Mef2c und Tbx5) nicht nur ausreichte, sondern die Effizienz des Prozesses sogar noch steigerte. Die mit Viren übertragenen Gene veranlassten die Produktion von Transkriptionsfaktoren, das sind Proteine, die andere Gene aktivieren.

Bereits einen Tag nach der Genübertragung in der Laborschale konnten die Bindegewebszellen wieder in das Herzgewebe von Mäusen verpflanzt werden, wo sie sich zu Herzmuskelzellen entwickelten. "Das lässt uns hoffen, dass wir die Zellen auch im Herzen reprogrammieren können, also ohne dass wir sie dazu erst herausnehmen müssen", sagt Srivastava. Die Umprogrammierung auf direktem Weg, ohne den Zwischenschritt über iPS-Zellen, hat noch einen zusätzlichen Vorteil: Es besteht keine Gefahr, dass sich aus den erzeugten Stammzellen Krebszellen entwickeln. Jetzt suchen die Forscher nach Wirkstoffen, die sich als Medikament einsetzen lassen und die Genübertragung überflüssig machen. Diese Wirkstoffe müssten die zwar vorhandenen, aber abgeschalteten Gene in Bindegewebszellen des Herzes aktivieren, um nach einem Infarkt das Wachstum neuer Herzmuskelzellen anzuregen.