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Stammzellen sind unverzichtbar für die Entwicklung und die Regeneration des Körpers.

Herzinfarkt

Wie das Herz sich nach einem Infarkt erholen kann

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Herzinfarkt-Patienten sind oft nicht mehr so belastbar, häufig bleibt eine chronische Herzschwäche zurück. Forscher suchen nach Wegen, die Schädigung rückgängig zu machen.

Menschen, die einen Herzinfarkt überlebt haben, sind oft nicht mehr so belastbar wie früher. Sie werden schneller schlapp, fühlen sich kraftloser als zuvor. Der Grund ist in vielen Fällen eine Herzschwäche, eine eingeschränkte Kontraktionskraft, die in unterschiedlich starker Ausprägung zurückbleiben kann. Sie rührt daher, dass bei einem Infarkt Herzmuskelzellen zerstört werden – bislang unwiederbringlich. Denn bei erwachsenen Menschen können sie sich nicht mehr teilen und neues Gewebe bilden. Nach Angaben der Deutschen Gesellschaft für Innere Medizin (DGIM) bleibt bei rund einem Viertel aller Infarktpatienten eine chronische Herzschwäche zurück.

Forscher arbeiten seit längerem daran, diese Schädigung rückgängig zu machen und dem Herzen wieder zu seiner alten Leistungsfähigkeit zu verhelfen. Große Hoffnungen ruhen dabei auf Stammzellen. Mehrfach haben Wissenschaftler bereits in Tierversuchen Herzmuskelzellen aus Stammzellen gezüchtet und in ein geschädigtes Herz implantiert, um auf diese Weise eine Regeneration des zerstörten Gewebes zu erreichen. Das klingt plausibel – doch klinische Studien mit menschlichen Patienten wurden bislang durch die Tatsache ausgebremst, dass es als Nebenwirkung zu lebensgefährlichen Herzrhythmusstörungen kam.

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Ein Team von kanadischen Forschern um den Kardiologen David Laflamme hat nun erstmals in Versuchen mit Schweinen näher untersucht, was es mit den schweren Herzrhythmusstörungen in der Folge einer Therapie mit Stammzellen auf sich hat: Warum es dazu kommt und was genau sich dabei abspielt. Die Reaktion der Schweine ist deshalb so aussagekräftig, weil ihre Organe physiologisch denen des Menschen ähneln (aus diesem Grund sind sie auch für Transplantationsforschung interessant). Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler jetzt im Fachmagazin „Stem Cell Reports“.

Herzinfarkt: Verschluss der Herzkranzgefäße

Warum aber Stammzellen? Sie gelten als Alleskönner unter den Zellen und sind unabdingbar für Wachstums- und Regenerationsprozesse in unserem Körper. Dabei muss zwischen embryonalen und adulten Stammzellen unterschieden werden. Embryonale Stammzellen sind in der Lage, sich in die verschiedensten Zelltypen auszudifferenzieren, also zum Beispiel in Muskel-, Blut- oder Nervenzellen. Die erste Stammzelle ist die befruchtete Eizelle. Adulte Stammzellen sind nicht mehr so flexibel, sie können nur noch zu einem bestimmten Zelltyp werden.

Einem Herzinfarkt liegt ein Verschluss der Herzkranzgefäße zugrunde. Diese umschließen das Herz und versorgen es mit Blut und Sauerstoff. Ist ein solches Gefäß verstopft, gelangt beides nicht mehr zum Herzen. Die Folge: Muskelzellen sterben ab – je länger die Unterbrechung anhält, desto mehr. Bislang existiert keine Therapie, die diesen Vorgang rückgängig machen würde.

Die Idee ist es nun, Stammzellen einzusetzen, um das zerstörte Gewebe zu regenerieren. Theoretisch könnte man sie direkt ins Herz einbringen oder im Labor aus Stammzellen Herzmuskelzellen züchten und diese dann implantieren. Letzteres haben die kanadischen Forscher getan.

Herzinfarkt: Forscher experimentieren mit humanen embryonalen Stammzellen

Sie verwendeten für ihre Versuche noch unreife Herzmuskelzellen, die sie zuvor aus humanen embryonalen Stammzellen gewonnen hatten. Damit behandelten die Wissenschaftler Schweine, bei denen sie vorher kleinere Herzinfarkte hervorgerufen hatten. Die Zellen wurden den Tieren dann in einer offenen Herz-Operation in das Narbengewebe des Infarkts injiziert.

Tatsächlich waren nach vier Wochen einige Bereiche der kleinen abgestorbenen Regionen innerhalb des Infarktareals mit reifen Herzzellen besiedelt, und das Herz der Tiere schlug im normalen Rhythmus. Allerdings waren in der Zeitspanne zuvor teilweise starke, lebensbedrohliche Herzrhythmusstörungen aufgetreten. Zwei Schweine starben sogar daran. Nach vier Wochen beruhigten sich die Herzrhythmusstörungen dann wieder.

Die Schlussfolgerung liegt nahe, dass es bei Menschen zu ähnlichen Komplikationen kommen könnte. Dass die Implantation von Stammzellen zu Herzrhythmusstörungen führen kann, war bereits bei früheren Versuchen gezeigt worden, bislang allerdings noch nicht im Beispiel von Schweinen. Auch die Ursache dafür kannte man bislang noch nicht.

Wie bleibt das Herz gesund? Ein Arzt erklärt, wie es geht

Den kanadischen Forschern gelang es herauszufinden, warum diese Arhythmien auftreten. Demnach störten die injizierten Herzmuskelzellen den Rhythmus, weil das von ihnen neu besiedelte Areal als eine Art weiterer Taktgeber für das Herz fungierte. Mit diesem Wissen könne nun nach Lösungen gesucht werden, wie sich diese Nebenwirkung verhindern lasse, erklären die Wissenschaftler. Bekäme man die Herzrhythmusstörungen in den Griff, würde das eine klinische Erprobung dieser auf Stammzellen basierenden Therapie vertretbarer machen.

Die Normalisierung des Herzschlags nach Ablauf von vier Wochen erklärt sich die an der Studie nicht beteiligte Entwicklungsbiologin Christine Mummery vom Medizinischen Zentrum der niederländischen Universität Leiden in einem Kommentar damit, dass die unreifen Herzzellen während der vier Wochen im Schweineherz gereift waren und sich auch mit der Blutversorgung des Empfängergewebes verbunden hatten. „Diese Entwicklung gibt Anlass zum Optimismus, diese Behandlung näher in Richtung Therapie in der Klinik zu bringen.“

Herzinfarkt-Patienten: Hoffnung auf Stammzellen

Als aussichtsreich bewerten Mediziner auch einen weiteren Ansatz, der ebenfalls auf Stammzellen basiert: Dabei werden jedoch nicht die Zellen direkt ins Herz gespritzt, sondern auf einem Gerüst aus Collagen oder Fibrin zu einem spontan schlagenden Herzmuskelflicken vorgezüchtet. Dieses Gewebe aus dem Labor wird auch als „Engineered heart tissue“ bezeichnet. Bei einem chirurgischen Eingriff soll es auf die Oberfläche des Herzens genäht werden, dort anwachsen und neues Herzgewebe bilden. „Das Aufbringen dieser Pflaster ist zwar aufwendiger als die Zellinjektion, hat aber mehrere Vorteile“, sagt Thomas Eschenhagen, Institutsdirektor am Zentrum für Experimentelle Medizin des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf und Vorstandsvorsitzender des Deutschen Zentrums für Herz-Kreislauf-Forschung, der das Verfahren zusammen mit Kollegen aus den USA entwickelt hat. Wie er sagt, würden bei dieser Methode keine Herzmuskelzellen abgeschwemmt, wodurch sich die Effizienz „deutlich“ erhöhe. Und: Anders als nach einer Injektion von Herzmuskelzellen würden keine Herzrhythmusstörungen auftreten, erklärt Eschenhagen. Zudem lassen sich die Kontraktionskraft des neuen Gewebes bereits testen, bevor es einem Patienten eingesetzt werden.

Dieses Verfahren ist ebenfalls bereits an verschiedenen Tieren getestet worden. Einige Fragen sind aber auch noch hier offen: etwa die, wie sich der Eingriff langfristig auswirkt oder die, auf welche Weise sich das Gewebe mechanisch und elektrisch an den Herzmuskel koppelt. Auch suchen Forscher noch nach Zelllinien, die nicht abgestoßen werden und es daher nicht erforderlich machen, das Immunsystem unterdrückende Medikamente einzunehmen. All diesen Fragen gehen Wissenschaftlern in mehreren Projekten, die vom Deutschen Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung gefördert werden, derzeit nach. Bereits im kommenden Jahr soll das Herzpflaster in einer Studie erstmals an Patienten mit schwerer Herzinsuffizienz getestet werden, die sonst auf ein Spenderherz angewiesen wären.

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