AUSGABE 6 - Herzzentrum

KARDIALE STAMMZELLTHERAPIE IM LABOR DER HERZ- UND THORAXCHIRURGIE
Kardiale Stammzelltherapie im Labor
der Herz- und Thoraxchirurgie –
Warum ist die pluripotente Stammzelle
besonders?
– Dr. rer. nat. Klaus Neef,
PD Dr. med. Yeong-Hoon Choi,
Univ.-Prof. Dr. Thorsten Wahlers
Labor für kardiale Regeneration – Klinik und
Poliklinik für Herz- und Thoraxchirurgie,
Herzzentrum der Uniklinik Köln –
In nahezu allen Bereichen der Medizin lässt sich
der Einfluss der „Lebenswissenschaften“ als
Impulsgeber, Bereiter neuer Perspektiven und
als Ergänzung oder Ersatz herkömmlicher Verfahren
erkennen. Die Möglichkeit krankheitsrelevante
Prozesse in Organen, Geweben und
Zellen auf molekularer Ebene zu beschreiben
und möglicherweise zu beeinflussen hat große
Hoffnungen geweckt und zu intensiver internationaler
Forschung sowohl im Bereich der
Diagnostik, als auch der Therapie geführt.
Das Forschungslabor der Herz- und Thoraxchirurgie
unter der Leitung von Univ.-Prof.
Dr. Thorsten Wahlers und wissenschaftlich
betreut von PD Dr. Yeong-Hoon Choi und
Dr. rer. nat. Klaus Neef beschäftigt sich in
diesem Zusammenhang mit hoch aktuellen
Projekten der kardialen Stammzelltherapie,
unterstützt durch öffentliche Förderung
(BMBF), Stiftungen (Else-Kröner-Fresenius Stiftung),
sowie die Freunde und Förderer des
Herzzentrums und vernetzt durch Kooperationen
auf lokaler und internationaler Ebene, sowohl
akademisch als auch mit Industriepartnern.
Konkret spielen Vorhaben im Rahmen von
neuen, zellbasierten regenerativen Therapien
für häufig nur symptomatisch oder als ultima
ratio durch Transplantation zu behandelnde
Herzerkrankungen eine zentrale Rolle. Ausgangspunkt
dazu sind Erkenntnisse aus der
Grundlagenforschung zu adulten und pluripotenten
Stammzellen. Beide Zelltypen sind,
wie alle Stammzellen, zunächst durch ihre
Eigenschaft zur identischen Vervielfältigung
sowie zur Bildung von ausdifferenzierten
Tochterzellen gekennzeichnet. Hierbei unterscheiden
sich die adulten von den pluripotenten
Stammzellen durch eine Beschränkung auf
einen bestimmten oder ein bestimmtes
Gewebe begrenzten Zelltyp, während aus
pluripotenten Stammzellen alle im erwachsenen
Organismus vorkommenden Zelltypen gebildet
werden können. Das Potential zur Vervielfältigung
ist bei pluripotenten Stammzellen unter
geeigneten Bedingungen potentiell unbegrenzt.
Adulte Stammzellen stellen nach einer definierten
Zeit ihr Wachstum ein, sie unterliegen also
einem Alterungsprozess und sind dadurch eine
der zellulären Grundlagen für das Altern des
gesamten Organismus: ihr spezifisches Zielgewebe
kann nicht mehr regeneriert werden.
Betrachtet man die grundlegende Ursache
vieler schwerwiegender, ischämischer sowie
nicht-ischämischer Herzerkrankungen und der
daraus resultierenden Herzinsuffizienzen, stellt
man fest, dass eine eingeschränkte Herzfunktion
größtenteils auf ein Absterben von Herzmuskelgewebe
zurückzuführen ist. Die dabei
verlorene zelluläre Grundeinheit der Herzfunktion
sind Kardiomyozyten, mit der für mögliche
Heilungsprozesse ungünstigen Eigenschaft,
nicht mehr teilungsfähig zu sein, sich also nicht
mehr als Reaktion auf eine Verletzung selbstständig
vermehren zu können. Außerdem
liegen im erwachsenen Herzen auch keine
adulten Stammzellen vor, die spezifische Regenerationsprozesse
auslösen könnten.
Für den Fall eines für Herzinsuffizienz relevanten
Infarkts bedeutet das den Verlust von etwa
25% des linksventrikulären Herzmuskels, was in
etwa 1 Milliarde Kardiomyozyten entspricht.
Zwar ist die lange Zeit als gesichert geltende
Sichtweise auf das erwachsene Herz als sogenanntes
post-mitotisches Organ in den vergangenen
Jahren durch die Entdeckung von
kardialen Stammzellen ins Wanken geraten,
jedoch scheint weiterhin gesichert, dass ein
massiver Verlust von funktionellen Herzmuskelzellen
durch die Aktivität dieser Stammzellen
nicht kompensiert werden kann. Nach aktuellen
Erkenntnissen erscheint eine jährliche Erneuerung
von 0,5 - 1% der Kardiomyozyten als
realistisch und es ist bislang noch fraglich, ob
diese endogene Kapazität zur Erneuerung bei
Bedarf gesteigert werden kann, zum Beispiel
durch pharmakologische Stimulation. Als Alternative
stellt sich also die Möglichkeit dar, Zellen
mit der Eigenschaft zur Regeneration oder den
zugrunde gegangenen Zelltyp ohne eigene
Regenerationsfähigkeit, im Fall des Herzens
also insbesondere Kardiomyozyten, außerhalb
des Körpers bereitzustellen und dann in geeigneter
Weise zu applizieren.
Ein Zelltyp, der seit geraumer Zeit (Orlic et al.,
2001) als Kandidat mit regenerativen Eigenschaften
gilt, sind adulte Stammzellen aus dem
Knochenmark, deren hämatopoetischen und
angiogenen Eigenschaften bekannt sind und
im Rahmen von Knochenmarktransplantation
bei Leukämiepatienten längst erfolgreich und
sicher therapeutisch eingesetzt werden. In
präklinischen Untersuchungen und ersten
klinischen Studien im Rahmen eines Einsatzes
bei Kadiomyopathien zeigten sich zwar kurzfristige
therapeutische Effekte, es konnte
jedoch bislang keine substantielle Beteiligung
der transplantierten Zellen an neugebildetem
Myokardium nachgewiesen werden. Es scheint
aber mittlerweile als gesichert, dass von den
transplantierten Zellen ausgeschüttete Faktoren
räumlich begrenzte, also parakrine, Effekte
vermitteln, die in der akuten Phase der Schädigung
therapeutisch wirksam sind. So wird vor
allem einem bestimmten Subtyp von adulten
Knochenmark-Stammzellen, den mesenchymalen
Stammzellen (Abb. 1), angiogene, anti-inflammatorische
und anti-apoptotische Eigenschaften
zugeschrieben. Verständlicherweise rückte
dieser Zelltyp damit ins Zentrum des wissenschaftlichen
Interesses, was sich in einer
Vielzahl von aktuell laufenden internationalen
klinischen Studien wiederspiegelt. Aktuell sind
zurzeit 164 klinische Studien mit mesenchymalen
Stammzellen registriert (www.clinicaltrials.gov),
13