Kardiales Tissue Engineering: das Herz aus der Petrischale

Für Patienten, die auf Spenderorgane warten, spielt oft jeder weitere Tag eine lebensentscheidende Rolle. Zusätzlich ist nicht jedes Organ für jeden Patienten geeignet. Wenn aber Organe aus patienteneigenen Zellen im Labor gezüchtet werden könnten, wäre das ein enormer Fortschritt. In Tissue Engineering setzen auch Herzpatienten große Hoffnung. Einiges ist bereits möglich – anderes noch Vision.

Dr. Markus Krane hält im diesjährigen MEDICA LABMED FORUM einen Vortrag zu genau diesem Thema. Im Interview mit MEDICA.de spricht er vorab über kardiales Tissue Engineering, wie dessen Möglichkeiten aussehen und welche Hürden bis zur tatsächlichen Anwendung noch genommen werden müssen.

Herr Dr. Krane, Ihr Vortrag im diesjährigen MEDICA LABMED FORUM trägt den Titel "News on cardiac tissue engineering". Worum wird es genau gehen?

Dr. Markus Krane: Zum kardialen Tissue Engineering gehören Technologien, bei denen aus pluripotenten Stammzellen dreidimensionale Gewebeverbände hergestellt werden. Wenn Sie einen regenerativen Ansatz für das Herz verfolgen, haben Sie unterschiedliche Möglichkeiten. Sie können zum einen versuchen, das Herz mithilfe von Einzelzellsuspensionen mit frischen Kardiomyozyten zu versorgen. Oder aber Sie machen das mit Gewebe, das Sie zuvor in-vitro kultiviert und gezüchtet haben.

Welche Patienten können so behandelt werden?

Krane: Relevant werden könnte es für Patienten mit einer Herzinsuffizienz zum Beispiel aufgrund einer ischämischen Kardiomyopathie, wenn ein Patient also einen Herzinfarkt erlitten und einen Teil seiner Herzfunktion eingebüßt hat, was schließlich seine Lebenserwartung negativ beeinflusst. Hier wäre es ein potenzieller Ansatz, um eine echte De-novo-Regeneration des Herzmuskels zu erreichen. Der Herzmuskel hat nämlich keine eigene regenerative Kapazität. Wenn ein Areal im Herzmuskel ischämisch wird, dann bildet sich an dieser Stelle eine fibröse Narbe und es kommt nicht zu einem endogenen regenerativen Prozess. Das ist die Art, auf die das Herz regeneriert – in Form einer Narbenbildung und nicht durch den Ersatz des Herzmuskels.

Was ist aktuell in diesem Bereich möglich? Welchen Stellenwert hat Tissue Engineering in der Kardiologie?

Krane: Wenn es darum geht, ob damit schon ganz konkret Patienten behandelt werden, dann muss ich eigentlich sagen: keinen. Das alles sind im Prinzip erst präklinische Untersuchungen. 

Beim Tissue Engineering – das werde ich auch im MEDICA LABMED FORUM vorstellen – gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, einen sogenannten Patch am dreidimensionalen Gewebestück zu generieren. Das können einerseits ganz flache dünne Scheiben sein, die man auf das Herz auflegt in der Hoffnung, dass Zellen einsprießen oder Faktoren freigesetzt werden, die hier einen günstigen Einfluss auf die Herzregeneration haben. Andererseits könnten tatsächlich dicke, schlagende, dreidimensionale Gewebeverbände transplantiert werden. Aber das ist, wie bereits gesagt, alles noch präklinisch. 

Die ersten klinischen Studien werden wahrscheinlich bald in Japan beginnen. Dort wird eine bestimmte Form von Sheets verwendet. Das sind dünne Kardiomyozyten-Sheets – also dreidimensionale Konstrukte aus pluripotenten Stammzellen, die in-vitro generiert und dann transplantiert werden.

Wann wird kardiales Tissue Engineering Ihrer Einschätzung nach tatsächlich zur klinischen Anwendung kommen?

Krane: Es gibt noch ein paar Hürden zu nehmen. Wenn das tatsächlich eine klinische Anwendung werden soll, müsste noch entschieden werden, welcher Weg genau zu gehen ist. Es gibt verschiedene Formen pluripotenter Stammzellen. Embryonale Stammzellen (ES) sind Stammzelllinien, die aus einem frühen humanen Abort generiert worden sind, also in einem ganz frühen Zellstadium. Diese sind nicht immunkompatibel. Auf der anderen Seite gibt es die Technologie der induzierten pluripotenten Stammzellen (IPS). Hier könnten Sie direkt vom Patienten, den Sie therapieren wollen, diese pluripotenten Stammzellen herstellen. Das hat den Haken, dass das ein sehr aufwendiger und langwieriger Prozess ist. Das heißt, das gibt es nicht off-the-shelf. Die Stammzelllinie muss erst hergestellt und differenziert werden. Sie müssen zeigen, dass sie qualitativ hochwertig ist und dass Ihr Produkt am Ende qualitativ hochwertig ist. Wenn Sie das alles über viele Monate sichergestellt haben, dann müssen Sie noch die in-vitro-Patches herstellen, was einfach ein unheimlich hoher zeitlicher und finanzieller Aufwand ist.

Was bei diesen Patches außerdem noch nicht gelöst ist, ist die Post-Implantations-Immunsuppression. Selbst IPS-Zellen können abgestoßen werden – unter Umständen natürlich nicht so stark wie bei den ES-Zellen, die in einen ganz anderen genetischen Kontext implantiert werden. Die Nährstoffversorgung des implantierten Patches ist noch nicht gewährleistet. Ein weiteres Problem ist die Tatsache, dass die Kontraktionskraft noch nicht annähernd an die des menschlichen Myokards herankommt. Es gibt also noch einige Hürden, die wir in den nächsten Jahren nehmen müssen, bis wir tatsächlich bei einem echten therapeutischen Produkt wären.