Spärlicher Zellnachschub im Herzmuskel

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Stammzellen helfen bei der Herzregeneration. Die Aufnahme im Fluoreszenzmikroskop zeigt einen Schnitt durch das Herzmuskelgewebe einer Maus. Die grüne Färbung der Zelle in der Mitte beweist, dass diese aus einer sogenannten Sca1-Stammzelle hervorgegangen ist. Quelle: MPI für Herz-und Lungenforschung

29.11.2013  - 

Organe wie die Leber oder die Haut sind für ihre hohe Regenerationsfähigkeit bekannt – hier sorgen aktive Stammzellen kontinuierlich für Nachschub an Zellen. Anders sieht es im Herzmuskel aus:  Bis vor wenigen Jahren gingen Forscher noch davon aus, dass das Säugerherz gar keine nennenswerten Selbstheilungsfähigkeiten besitzt. Mittlerweile ist aber bekannt, dass doch eine kontinuierliche Erneuerung der Herzmuskelzellen stattfindet, allerdings auf sehr niedrigem Niveau. Forscher vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim haben nun eine dafür verantwortliche Stammzellpopulation identifiziert und beobachtet. Wie sie im Fachjournal Stem Cell Reports (2013, Bd. 1, S. 379) berichten, wächst die Hoffnung, zukünftig bei Patienten mit Erkrankungen des Herzmuskels die Selbstheilungskräfte zu stimulieren und so neue Therapiemöglichkeiten zu entwickeln.

Nur bei einigen wenigen Wirbeltieren besitzt das Herz erstaunliche Regenerationsfähigkeiten. Dazu zählen viele Amphibien und Fische. Einige Arten aus den beiden Tiergruppen haben dies gar perfektioniert: Sie können Schädigungen des Herzgewebes vollständig reparieren und so die Funktionsfähigkeit des Organs komplett erhalten. Anders verhält es sich hingegen bei Säugetieren. Lange glaubte man, dass die Herzmuskelzellen bei Säugern kurz nach der Geburt ihre Zellteilungsaktivität einstellen. Auch galt das Säugerherz als frei von Stammzellen, die für den Nachschub an neuen Herzmuskelzellen sorgen. Allerdings weisen neue Studien darauf hin, dass auch im Säugerherz ein Austausch gealterter Muskelzellen existiert. Experten schätzen aber, dass lediglich zwischen einem und vier Prozent der Herzmuskelzellen pro Jahr erneuert werden.

Stammzellen mit Sca-Aktivität

Entwicklungsbiologen aus der Arbeitsgruppe von Thomas Braun vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim ist es nun gelungen, bei Mäusen eine Stammzellpopulation zu identifizieren, die maßgeblich zu dieser Erneuerung von Herzmuskelzellen beiträgt. In Experimenten mit genetisch veränderten Mäusen konnten die Forscher zeigen, dass die als Sca1-Stammzellen bezeichneten Zellen im gesunden Herz an einem kontinuierlichen Austausch von Herzmuskelzellen beteiligt sind. Zudem nimmt die Aktivität der Sca-1-Zellen im Falle einer Schädigung des Herzens zu, so dass deutlich mehr neue Herzmuskelzellen gebildet werden.

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Kniffliger Nachweis

Da im Vergleich zur Masse der Herzmuskelzellen nur eine verschwindend kleine Zahl der Zellen im Herz Sca-1 Stammzellen sind, glich die Suche nach ihnen der nach der Nadel im Heuhaufen. „Zusätzlich standen wir vor dem Problem, dass Sca-1 als Markerprotein für Stammzellen nach deren Umwandlung in Herzmuskelzellen nicht mehr in den Zellen vorhanden ist. Für den Nachweis mussten wir uns deshalb eines Kunstgriffs bedienen“, so Projektleiter Shizuka Uchida.  Dazu veränderten die Max-Planck-Forscher die Stammzellen durch einen genetischen Eingriff derart, dass sie zusätzlich zum Sca-1 noch einen sichtbaren Marker herstellten. Selbst wenn Sca-1 später nicht mehr sichtbar war, blieb der Marker dauerhaft nachweisbar.

Rund fünf Prozent der Herzzellen erneuerten sich

„Wir konnten auf diese Weise feststellen, dass der Anteil an Herzmuskelzellen, die auf Sca-1-Stammzellen zurückgingen, bei gesunden Mäusen kontinuierlich zunahm. Innerhalb von 18 Monaten haben sich rund fünf Prozent der Herzmuskelzellen erneuert“, so Uchida. Darüber hinaus besaßen Mäuse, die an einer experimentell ausgelösten Herzerkrankung litten, bis zu dreimal mehr dieser neu gebildeten Herzmuskelzellen.

„Die Daten zeigen, dass das Säugerherz prinzipiell dazu in der Lage ist, Regenerations- und Erneuerungsprozesse anzustoßen. Unter normalen Umständen sind diese aber nur unzureichend und können eine Schädigung des Herzens letztendlich nicht heilen“, sagt Braun. Ziel sei es nun Wege zu finden, über welche die Bildung neuer Herzmuskelzellen aus den Herzstammzellen verbessert werden können und auf diese Weise die Selbstheilungskräfte des Herzens zu stärken.

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