Kardiale Regeneration des chronisch verletzten Herzens mittels künstlichem Herzgewebe aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen

Der Einsatz von humanem künstlichen Herzgewebe hat sich in den vergangenen Jahren zu einem neuen therapeutischen Ansatz für die Regeneration des verletzten Herzens entwickelt. Vorausgegangene Transplantationsstudien im Meerschweinchenmodell konnten prominente Grafts aufzeigen, welche zu einer Verbesserung der linksventrikulären Funktion führten. Diese Daten wurden jedoch im subakuten Verletzungsmodell generiert (7 Tage nach Verletzung). Eine fortgeschrittene Herzinsuffizienz ist jedoch in der Regel das Produkt eines chronischen Remodellierungsprozesses. Somit ist es aus klinischer Sicht unabdingbar, die Regeneration des Herzmuskels in der chronischen Phase nach Schädigung zu untersuchen.

So wurde humanes künstliches Herzgewebe aus Stammzell-abgeleiteten Kardiomyozyten generiert. Im Meerschweinchenmodell wurde eine Kryoverletzung des Myokards induziert. Die künstlichen Herzgewebe wurden im ersten Studienteil mehrere Wochen in-vitro kultiviert. Die kohärent schlagenden Herzgewebe wurden vier Wochen nach Verletzung epikardial implantiert. Die Kontrolltiere erhielten zellfreie Konstrukte. Die Herzfunktion wurde mittels serieller Echokardiographie untersucht. Nach einer Nachbeobachtungszeit von vier Wochen wurden die Tiere getötet und die Herzen für histologische Analysen entnommen.

Die Schädigung des Herzens führte zu großen transmuralen Myokardverletzungen, die 27% des linken Ventrikels ausmachten. Die Herzen der Interventionsgruppe wiesen kompakte Myokardinseln humanen Ursprungs auf, die 5% der Narbe remuskularisierten. Die echokardiografische Analyse zeigte keinen Anstieg der linksventrikulären Funktion nach Transplantation, was die Schwierigkeiten für einen regenerativen Ansatz verdeutlicht.

Im zweiten Studienteil wurde untersucht, ob die Verwendung von unreifen künstlichen Herzgeweben, welche nicht in-vitro vorkultiviert wurden, den Transplantationserfolg steigern kann. Die Kryoverletzung führte zu gleichgroßen transmuralen Narben, wie in der ersten Studie (26% des linken Ventrikels). Die Transplantate remuskularisierten im Durchschnitt 9% der Narbenfläche. Die Dichte der humanen Kardiomyozyten im Transplantat war, im Vergleich zu früheren Studien mit in-vitro-gereiften Herzgeweben, höher und wies eine größere Population unreifer Zellen auf. Echokardiographisch zeigte sich eine tendenzielle Verbesserung der linksventrikulären Funktion nach Transplantation.

Zusammenfassend lässt sich anhand der Resultate aus der ersten Studie konkludieren, dass die Remuskularisierung des chronisch verletzten Herzens mit künstlichem Herzgewebe möglich ist, jedoch deutlich kleinere humanen Grafts erzeugt, die in der verwendeten Dosis nicht zu einer linksventrikulären Funktionsverbesserung geführt haben.

Die Ergebnisse der zweiten Studie offenbarten, dass der Einsatz von unreifen künstlichen Herzgeweben in größeren Grafts mit einer höheren Dichte an Kardiomyozyten resultiert. Dies ging einher mit einer partiellen Funktionsverbesserung im Vergleich zur Kontrollgruppe.