Künftig dürfte ein schlichter Cocktail aus drei Genen für eine Regenerierung eines geschädigten Herzmuskels sorgen: Ein internationales Forscherteam hat drei Transformationsfaktoren identifiziert, die einfache Bindegewebszellen in Herzmuskelzellen umprogrammieren. Aus den Herzen von Mäusen entnommene so genannte Fibroblasten wurden mit den drei Genen behandelt und nach einem Tag wieder zurücktransferiert. Innerhalb von zwei Wochen verwandelten sich die Bindegewebszellen in schlagende Herzmuskelzellen. Das Ursprungsmaterial muss aber nicht unbedingt aus dem Herzen stammen: Die Transformation gelingt auch mit Hautzellen. Die Methodik sei deutlich effizienter als die Zellherstellung durch eine Umwandlung von Stammzellen.
Bei einem Herzinfarkt sterben wegen einer Durchblutungsstörung Teile des Herzmuskels ab. Nach Angaben des Statistischen Bundesamts erleiden in Deutschland jedes Jahr etwa 280.000 Menschen einen Herzinfarkt, fast 60.000 Patienten sterben. Transplantiert werden in Deutschland jedes Jahr nur ungefähr 400 Herzen. “Die Forschung versucht deshalb seit 20 Jahren, aus nichtmuskulären Zellen Herzmuskulatur herzustellen. Nun ist uns dies mit Fibroblasten gelungen, die fast die Hälfte aller Herzzellen ausmachen”, berichtet Studienleiter Deepak Srivastava von der University of California in San Francisco.
Gesucht wurde bisher nach einem Hauptregulator des Herzmuskels. Nun haben die Wissenschaftler die 14 Gene analysiert, die als Transformationsfaktoren eine Rolle in der Herzentwicklung spielen. Die Reaktion der Gewebezellen von Mäusen im Labor auf die 14 Gene war gering, aber immerhin zeigten sich positive Reaktionen. Nachdem nun ein Faktor nach dem anderen in den Versuchen weggelassen wurde, blieben am Ende nur drei übrig: Die Gene Gata4, Mef2c und Tbx5 führen den Trick der Umwandlung souverän durch.
Die aus den Mäusen entnommenen Herz-Fibroblasten wurden mit den drei Reprogrammierungsfaktoren behandelt, indem sie über ein Virus in die Zellen eingeschleust wurden. Dort öffnet Gata4 bestimmte Strukturen des Erbguts, so dass die anderen beiden Gene dort ihr Programm abspulen können. Nach einem Tag injizierten die Wissenschaftler die Zellen zurück in die Mäuseherzen, wo sich 20 Prozent von ihnen in aktive Herzmuskelzellen transformierten. Dagegen schneidet die alternative Behandlung schlecht ab, bei der so genannte pluripotente Stammzellen in das Herz eingespritzt werden: “Ein solcher Stammzellen-Cocktail transferiert nur 0,1 Prozent der Fibroblasten erfolgreich”, erläutert Srivastava. Außerdem besitzen solche Herzmuskelzellen aus bisher unbekannten Gründen nicht die typischen elektrischen Aktivitäten der Herzmuskulatur: Die Bewegungen der Herzkammern werden durch ein komplexes System von elektrischen Impulsen kontrolliert.
Die Robustheit des Verfahrens weckt bei den Wissenschaftlern die Zuversicht, dass auch Zellen direkt im Herz ohne vorherige Entnahme reprogrammiert werden können. Dazu sollen nun aber keine Viren mehr als Transportmedium verwendet werden: Gesucht werden kleine Molekülen, die als Medikamente die Effekte der drei Transformationsfaktoren nachahmen.
Deepak Srivastava (University of California, San Francisco) et al.: Cell, Bd. 142, S. 375, doi: 10.1016/j.cell.2010.07.002
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