Erstmals wurde ein schlagendes Herz im Labor gezüchtet
Pulsierende, kleine Herzmodelle aus Stammzellen wachsen scheinbar spontan in der Petrischale heran. Was wie ein Wunder aus einem Science Fiction Film klingt, ist am österreichischen Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) Realität. Die neue Stammzell-Technologie zeigt die Entwicklung des Herzens in der Embryonalphase. Aus wenigen Stammzellen bildet sich eine herzähnliche Struktur mit verschiedensten Zelltypen, Herzwand und Kammern.
In der Erforschung von Herzkreislauf- Erkrankungen, angeborenen Gendefekten und Entwicklungsstörungen des Herzens soll das „Miniherz“ künftig weiterhelfen. Denn 18 Millionen Menschen sterben jährlich in Folge einer Herz-Kreislauf-Erkrankung. Viele hundert Millionen Menschen sind von Herzschwäche betroffen. Auch bei Kindern zählen angeborene Herzdefekte zu den häufigsten genetischen Erkrankungen.
Neue Möglichkeiten
Dabei kommt das kleine Herz im Labor ins Spiel. Ein Beispiel: Das Forschungsteam am IMBA konnte durch Versuche am Petrischalen-Herz zeigen, dass die Mutationen eines bestimmten Gens namens Hand1 zu Missbildungen an der linken Herzkammer führen, was zu den am häufigsten angeborenen Herzdefekten zählt. Da sich das Herz sehr schnell entwickelt, sei es mit Tiermodellen bisher nicht möglich gewesen, in einem bestimmten Zeitfenster der Entwicklung ganz gezielt Mutationen herbeizuführen und deren Wirkung zu untersuchen.
„Die Herz-Organoide spiegeln typisch menschliche genetische Eigenschaften wider und erlauben uns, Krankheitsentstehung am Herzen bereits während der Entwicklung zu untersuchen, was bisher nicht möglich war“, sagt Sasha Mendjan, IMBA Gruppenleiter und korrespondierende Autor der Studie.
Damit sind die Möglichkeiten aber nicht ausgeschöpft. Aktuell wird an den Herz-Organoiden etwa erforscht, wie das SARS-COV-Virus das Herz infizieren und schädigen kann.
„Natürlich wachsen“
In der Gewebekonstruktion werden häufig sogenannte „Tissue Engineering Methoden“ angewandt. Dabei wird ein Gerüst aus Polymeren zusammengebaut und mit verschiedenen Herz-Zelltypen besiedelt. Mendjan wollte jedoch einen anderen Weg gehen: „Wenn man von „Tissue Engineering“ spricht, dann ist es so, als würde man einen Baum aus verschiedenen Teilen zusammenbauen. Mit unserer Methode versuchen wir, den Baum von selber wachsen zu lassen, so wie es der Natur entspricht“, erklärt er die Herangehensweise.
Um ein solches Herz-Organoid wachsen zu lassen, verwenden die Forscherinnen und Forscher sogenannte iP-Stammzellen, die ethisch unbedenklich aus Blut oder Hautproben gewonnen werden können.
Übrigens kommen nicht nur „Mini-Herzen“ in der Forschung zum Einsatz. Schon vor Jahren konnten aus Stammzellen auch einige Millimeter große „Minihirne“ hergestellt werden.