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ePaper created 2013-09-23, 14:05:17 | version 1.25.20
66 MEDIZIN ENTWICKLUNG BIOINSPIRIERTER KARDIALER REGENERATIONSTECHNOLOGIEN Prof. Dr. rer. nat. Katja Schenke-Layland, Shannon Lee Layland B. A. Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems sind trotz bedeuten- der Fortschritte in der Kardiologie und Herzchirurgie weiterhin weltweit die Todesursache Nummer eins. Allein in Europa sind schätzungsweise 10 Mio Menschen betroffen. Hauptursache einer Herzinsuffizienz ist in den meisten Fällen eine akute oder chronische Schädigung des Herzmuskels. Die geschä- digten Herzmuskelzellen regenerieren sich im erwachsenen Menschen nicht, so dass bei einem großen Teil der Patienten die Pumpleistung des Herzens – und damit ein gutes Stück Lebensqualität – auf Dauer beeinträchtigt ist. Eine Wieder- herstellung der normalen Funktionsfähigkeit des Herzens ist daher das große Ziel, an welchem eine Vielzahl von Forschern weltweit arbeitet. Entwicklung von Herzmuskelzellen aus Vorläuferzellen Herzmuskelzellen entwickeln sich im Laufe der Embryonal- entwicklung des Menschen und anderer Säuger – ebenso wie Endothelzellen und glatte Muskelzellen – aus den kardiovasku- lären Vorläuferzellen. Diese sind daher seit langem für die me- dizinisch-biologische Forschung von großem Interesse, konn- ten bisher aber nicht wirklich genutzt werden. Der Grund: Die Marker, mit denen sich die kardiovaskulären Vorläuferzellen identifizieren lassen, beispielsweise Islet1 oder auch Nkx2.5, befinden sich im Inneren der Zellen. Der Nachweis der Vor- läuferzellen geht also zwangsläufig mit ihrer Zerstörung ein- her. Damit die Zellen auch für die Erforschung und Therapie von Herzmuskelerkrankungen zur Verfügung stehen, muss man sie lebend aus einer Kultur, in der verschiedene Zelltypen entstehen, entnehmen können. Die Identifizierung geeigneter Zelloberflächenmarker ist daher ein Schwerpunkt gegenwärti- ger Forschungsanstrengungen. Oberflächenmarker zur Identifizierung kardiovaskulärer Vorläuferzellen Gemeinsam mit unseren Partnern, Professor Ali Nsair von der University of California Los Angeles (UCLA) und Professor W. Robb MacLellan von der University of Washington in Seattle ist es uns erstmals gelungen, Oberflächenmarker zu identifi- zieren, mit denen sich lebende, funktionale kardiovaskuläre Vorläuferzellen der Maus kennzeichnen und isolieren lassen [1]. Hierbei kamen vor allem umfassende Genexpressionsana- lysen zur Anwendung. Der Vergleich der Sequenzierungsda- ten mit existierenden Datenbanken ergab, dass die Rezeptoren Flt1 (VEGFR1) und Flt4 (VEGFR3) zur Identifizierung kardiovas- kulärer Vorläuferzellen geeignet sind. Herstellung von Herzmuskel-Vorläuferzellen aus induziert-pluripotenten Stammzellen In weiterführenden Studien konnten wir zudem erstmals Flt1-/ Flt4-positive kardiovaskuläre Vorläuferzellen aus klinisch rele- vanten, induziert-pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen) her- stellen, welche sich zu Endothelzellen, glatten Muskelzellen und funktionalen, pulsierenden Herzmuskelzellen weiterentwi- ckeln konnten. Hierzu bedienten wir uns der Methode, für die der japanische Wissenschaftler Shinya Yamanaka im Jahr 2012 mit dem Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet wurde. Er fand heraus, dass nur vier Proteine dafür verantwortlich sind, dass embryonale Stammzellen der Maus, die aus frühen Embryo- nen gewonnen und in Zellkultur gezüchtet werden können, ihre Pluripotenz behielten [2]. Brachte er die vier Gene in dif- ferenzierte – reife und spezialisierte – Körperzellen ein, ließen sich diese in einen embryonalen Zustand zurückprogrammie- ren. Aus diesen Zellen, die er iPS-Zellen nannte, können sich 1