Miniherzen mit Immunsystem: Organoid-Model zur Wirkstofftestung

Unter Kardiotoxizität versteht man Nebenwirkungen von Medikamenten, die zu Herzrhythmusstörungen, Kardiomyopathien oder anderen Komplikationen des Herz-Kreislauf-Systems führen können. Besonders bei Immun- oder Zelltherapien ist deren Risiko schwer vorhersehbar. Klassische Zellkulturen liefern hierfür keine ausreichenden Daten. 

Das von den beteiligten Institutionen entwickelte Herzorganoid-Modell schließt diese Lücke. „Prinzipiell lässt sich mit unserem Modell die Kardiotoxizität jedes Medikaments überprüfen“, sagt Prof. Christian Bär vom Fraunhofer ITEM. „Dies ist insofern ein großer Vorteil, als viele Arzneien in späten Phasen der präklinischen Entwicklung aufgrund ihrer kardiotoxischen Wirkung scheitern und nicht zugelassen werden können. Mit unserem Herzorganoid lässt sich daher viel Zeit und Geld sparen.“ 

Die Organoide bestehen aus etwa 2000 Zellen: Kardiomyozyten, kardiale Fibroblasten, Endothelzellen und mesenchymale Stammzellen. Alle Zelltypen stammen von induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSC), die aus adultem Gewebe gewonnen wurden. Innerhalb von vier Tagen formen sie sich in eine kugelförmige Struktur, etwa 200 Mikrometer groß, die spontan zu schlagen beginnt – vergleichbar mit einem Miniherz. 

„Wir differenzieren induzierte pluripotente Stammzellen in Herzmuskelzellen, Fibroblasten und Endothelzellen aus. Anschließend mischen wir diese in einem bestimmten Verhältnis mit mesenchymalen Stammzellen und pipettieren den Zellmix in eine Agaroseform, die wir in eine Zellkulturschale stellen“, erklärt Elisa Mohr von der Medizinischen Hochschule Hannover und dem Fraunhofer ITEM. 

Aktuell erweitern die Forschenden das Organoid um ein Immunsystem – durch die Integration von aus hiPSC gewonnenen Makrophagen. „Die Zugabe der Makrophagen und somit die Integration von Immunkompetenz in das Herzorganoid ermöglicht es uns, noch näher am Menschen und translationaler zu forschen“, erklärt Mohr. 

Prof. Nico Lachmann vom Fraunhofer ITEM hat diese Designer-Immunzellen in skalierbaren Systemen etabliert – von der Labor- bis zur industriellen Anwendung. 

Die Miniherzen ermöglichen die Analyse unterschiedlichster Herzerkrankungen wie Myokardinfarkt, Herzrhythmusstörungen oder hypertrophe Kardiomyopathie. Auch chronische Studien sind möglich, da sich die Organoide über mehrere Wochen kultivieren lassen. 

„Wir können das Herzorganoid quasi als humanes Testsystem nutzen“, so Bär. Der Einsatz solcher Modelle könnte dazu beitragen, Medikamente zielgerichteter und sicherer zu entwickeln. 

MEDICA.de; Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft