Forscher entwickeln vielversprechende Stammzellen

8. Juni 2023

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von der Duke-NUS Medical School

Eine von Forschern der Duke-NUS Medical School entwickelte Stammzelltherapie zur Behandlung von Herzinsuffizienz hat in präklinischen Studien vielversprechende Ergebnisse gezeigt. Wenn diese Zellen in ein verletztes Herz transplantiert werden, können sie beschädigtes Gewebe reparieren und die Herzfunktion verbessern, heißt es in ihrer in der Fachzeitschrift npj Regenerative Medicine veröffentlichten Studie.

Die weltweit häufigste Todesursache ist die ischämische Herzkrankheit, die durch eine verminderte Durchblutung des Herzens verursacht wird. Wenn der Blutfluss zum Herzen blockiert ist, sterben die Herzmuskelzellen ab – ein Zustand, der als Myokardinfarkt oder Herzinfarkt bezeichnet wird.

In dieser Studie wurde ein einzigartiges neues Protokoll verwendet, bei dem pluripotente oder unreife Stammzellen im Labor kultiviert wurden, um zu Herzmuskel-Vorläuferzellen heranzuwachsen, die sich zu verschiedenen Arten von Herzzellen entwickeln können. Dies geschieht durch Zelldifferenzierung, ein Prozess, durch den sich teilende Zellen spezielle Funktionen erlangen. In präklinischen Versuchen wurden die Vorläuferzellen in den durch einen Myokardinfarkt geschädigten Bereich des Herzens injiziert, wo sie zu neuen Herzmuskelzellen heranwachsen konnten, geschädigtes Gewebe wiederherstellten und die Herzfunktion verbesserten.

„Bereits vier Wochen nach der Injektion kam es zu einer schnellen Transplantation, was bedeutet, dass der Körper die transplantierten Stammzellen akzeptiert. Wir beobachteten auch das Wachstum von neuem Herzgewebe und eine Zunahme der funktionellen Entwicklung, was darauf hindeutet, dass unser Protokoll das Potenzial dazu hat.“ zu einem wirksamen und sicheren Mittel für die Zelltherapie entwickelt werden", sagte Dr. Lynn Yap, Assistenzprofessorin an der Lee Kong Chian School of Medicine der Nanyang Technological University in Singapur.

Als Erstautorin der Studie leitete Dr. Yap die Forschung, während sie Assistenzprofessorin im Programm für kardiovaskuläre und metabolische Störungen (CVMD) der Duke-NUS war.

In von anderen Gruppen durchgeführten Studien führte die Transplantation bereits schlagender Herzmuskelzellen zu tödlichen Nebenwirkungen – nämlich ventrikulären Arrhythmien – Herzrhythmusstörungen, die die Blutversorgung des Körpers durch das Herz einschränken oder ganz stoppen können.

Das von Duke-NUS-Forschern entwickelte neue Verfahren beinhaltet die Transplantation nicht schlagender Herzzellen in das geschädigte Herz. Nach der Transplantation dehnten sich die Zellen aus und übernahmen den Rhythmus des restlichen Herzens. Durch dieses Verfahren konnte die Häufigkeit von Herzrhythmusstörungen halbiert werden. Selbst als die Erkrankung entdeckt wurde, waren die meisten Episoden vorübergehend und lösten sich innerhalb von etwa 30 Tagen von selbst auf. Darüber hinaus lösten die transplantierten Zellen keine Tumorbildung aus – ein weiteres häufiges Problem bei Stammzelltherapien.

„Unsere Technologie bringt uns einen Schritt näher daran, eine neue Behandlung für Herzinsuffizienzpatienten anzubieten, die sonst mit kranken Herzen leben würden und nur geringe Heilungschancen hätten. Sie wird auch große Auswirkungen auf den Bereich der regenerativen Kardiologie haben, indem sie eine bewährte Lösung bietet.“ „Es handelt sich um ein bewährtes Protokoll, das geschädigte Herzmuskeln wiederherstellen und gleichzeitig das Risiko unerwünschter Nebenwirkungen verringern kann“, sagte Professor Karl Tryggvason vom CVMD-Programm der Duke-NUS und leitender Autor der Studie.

Prof. Tryggvason, der auch Professor für Diabetesforschung der Tanoto Foundation ist, leitet weitere Studien, um diese Methode der regenerativen Medizin für Patienten mit Diabetes, Makuladegeneration in den Augen und Patienten, die Hauttransplantationen benötigen, anzupassen.

Die Grundlage all dieser Studien ist eine kontrollierbare, stabile und reproduzierbare Methode zur Herstellung der richtigen Zellen für die Transplantation unter Verwendung von Lamininen – Proteinen, die eine wichtige Rolle bei der Interaktion von Zellen mit ihren umgebenden Strukturen spielen. Laminine liegen je nach Umgebung in unterschiedlichen Formen vor und spielen eine Schlüsselrolle bei der Steuerung der Entwicklung bestimmter Gewebezelltypen. In dieser Studie wurden Stammzellen in Herzmuskelzellen differenziert, indem sie auf der Art von Laminin gezüchtet wurden, die im Herzen reichlich vorhanden ist.

„Um die Patientensicherheit zu gewährleisten, ist es unerlässlich, dass zellbasierte Therapien eine konsistente Wirksamkeit und reproduzierbare Ergebnisse zeigen. Durch umfangreiche molekulare und Genexpressionsanalysen haben wir gezeigt, dass unser Laminin-basiertes Protokoll zur Erzeugung funktioneller Zellen zur Behandlung von Herzerkrankungen hoch reproduzierbar ist.“ sagte außerordentlicher Professor Enrico Petretto, Mitautor der Studie und Direktor des Zentrums für Computational Biology am Duke-NUS.

Die Technologie wurde Anfang des Jahres an ein schwedisches Biotech-Startup lizenziert, um die Entwicklung der zellbasierten regenerativen Kardiologie weiter voranzutreiben.

Mehr Informationen: Lynn Yap et al., Pluripotente Stammzellen-abgeleitete engagierte kardiale Vorläufer remuskularisieren beschädigte ischämische Herzen und verbessern ihre Funktion bei Schweinen, npj Regenerative Medicine (2023). DOI: 10.1038/s41536-023-00302-6