Forscher entwickelten erstmals ein Mini-Herz mit Herzmuskelzellen

Die Entwicklung des lebensnotwendigen Organs beginnt bereits dann, wenn eine Frau oft noch gar nichts von ihrer Schwangerschaft weiß: Schon drei Wochen nach der Empfängnis beginnt das menschliche Herz sich zu bilden. Aufgrund dieser frühen Entstehung ist noch vieles in der Entwicklung des Herzens unbekannt. Sogenannte Organoide, also aus menschlichen Zellen im Labor gezüchtete Modelle, können Einblicke geben.

Nun hat ein Team der Technischen Universiät München eine spezielle Methode entwickelt, um genau in dieser unerforschten Frühphase anzusetzen. Sie entwickelten erstmals weltweit ein Mini-Herz mit Herzmuskelzellen und Zellen der Außenschicht der Herzwand. Erst 2021 waren Herz-Organoide erstmals in einem Fachmagazin beschrieben worden. Bisher konnten nur solche mit Herzmuskelzellen und Zellen der Herzinnenhaut hergestellt werden.

Zentrifuge

Die Basis dafür sind die sogenannten pluripotenten Stammzellen. Sie verdichten rund 35.000 davon in einer Zentrifuge zu einer Kugel und setzen wochenlang bestimmte Signalmoleküle zu. Damit sollen die Signalwege des Körpers imitiert werden, um die biologische Entwicklung des Herzens zu steuern.

Um die Entstehung des Herzens und auch seine möglichen Erkrankungen zu studieren, muss es übrigens gar nicht groß sein. Auch das Münchener Modell ist richtiggehend winzig - und hat nur einen halben Millimeter Durchmesser.

„Um die Entstehung des Herzens zu verstehen, sind Epikard-Zellen entscheidend“, sagt die Kardiologin Anna Meier, Erstautorin der Studie. „Aus diesen Zellen entwickeln sich weitere Zelltypen des Herzens, zum Beispiel Zellen des Bindegewebes und der Blutgefäße. Das Epikard spielt auch für die Bildung der Herzkammern eine sehr wichtige Rolle.“ Die neuen Organoide hat das Team dementsprechend „Epicardioids“ getauft.

Für die Zukunft

Das Team konnte darüber hinaus zeigen, dass sich anhand der Organoide auch Erkrankungen individueller Patientinnen und Patienten untersuchen lassen. Aus pluripotenten Stammzellen eines Menschen, der an dem sogenannten Noonan-Syndrom erkrankt ist, erzeugten die Forschenden Organoide, die Merkmale der Erkankung in der Kulturschale spiegelten. In den kommenden Monaten will das Team weitere angeborene Fehlbildungen des Herzens anhand solcher personalisierter Organoide untersuchen.

Durch die Möglichkeit Erkrankungen des Herzens in Organoiden abzubilden, könnten Wirkstoffe in Zukunft direkt an diesen getestet werden. „Durch solche Tests könne man perspektivisch die Zahl der notwendigen Tierversuche bei der Entwicklung eines Medikaments reduzieren“, sagt Forscherin Alessandra Moretti.