03.08.12

Forschung

Eine Chemikalie macht Stamm- zu Herzzellen

Ein künstliches Molekül kann ein natürliches stoppen. Am Ende eines genetischen Programms stehen dann Herzzellen. Die Chemikalie soll nun zu einer möglichen Therapie weiterentwickelt werden.

Eine Chemikalie macht Stammzellen zu Herzzellen. Das berichtet eine Gruppe um Mark Mercola vom Sanford-Burnham Medical Research Institute. Sie präsentieren die Ergebnisse im Journal "Cell Stem Cells". Das künstliche Molekül blockiert ein natürliches. Daraufhin startet in der Stammzellen-Kultur ein genetisches Programm, an dessen Ende die Herzzellen stehen.

Die Suche nach einer passenden Substanz ist aufwendig und nur mit Robotern zu erledigen. Diese geben automatisch zu den immer gleichen Zellkulturen wechselnde Chemikalien. Danach prüft die Maschine, ob sich in einer der tausenden Testschalen das gewünschte Ergebnis einstellt – dann hat die Suche nach der Nadel im Heuhaufen ein Ende. Auf ähnliche Weise fahnden auch Pharmafirmen nach neuen Wirkstoffen.

Die so gefundene Substanz namens ITD-1 unterbricht eine natürliche Signalkette. Diese trägt den Namen TGF-beta, und ihr zentrales Molekül ist der Transformierende Wachstumsfaktor-beta. Er bindet sich an einen Rezeptor auf der Außenseite von Zellen, was im Inneren ein Signal auslöst, an dessen Ende die Stammzelle ihr genetisches Programm ändert.

Signalweg unterbrochen

ITD-1 greift ein, indem es den Abbau von TGF-beta verursacht. Damit unterbricht es den Signalweg von TGF-beta. Dies wiederum hat zur Folge, dass aus den Stammzellen Herzzellen entstehen. ITD-1 sei der erste Wirkstoff, der TGF-beta gezielt beeinflusse, heißt es in einer Mitteilung der Wissenschaftler. Damit sei das Molekül auch von Bedeutung, um die Rolle von TGF-beta an anderer Stelle zu beeinflussen.

Die Chemikalie soll zusammen mit der Biotechnik-Firma ChemRegen in San Diego zu einer möglichen Therapie fortentwickelt werden. Von einer möglichen Anwendung beim Menschen sind die Arbeiten aber noch weit entfernt.

Viele Teams arbeiten daran, Stammzellen zu Herzmuskelzellen umzugestalten. Ziel ist es, Patienten nach einem Herzinfarkt zu helfen. Im Herzmuskel gibt es Stammzellen, die zur Teilung angeregt werden sollen, damit sie neues Muskelgewebe bilden.

Umwandlung mit microRNAs

Im April berichteten Forscher, dass sie erstmals ohne den Einsatz von Stammzellen vernarbtes Gewebe direkt im Herzen einer Maus erneuert haben. Sie wandelten dazu die defekten Zellen ohne Umwege in Herzmuskelzellen um. Das Verfahren zeige ganz grundsätzlich einen neuen Weg, um krankes oder zerstörtes Gewebe im Körper zu erneuern.

Die Wissenschaftler um Tilanthi Jayawardena vom Duke University Medical Center (Durham/US-Staat North Carolina) stellen ihre Untersuchung im Fachblatt "Circulation Research" vor.

Die Umwandlung gelang durch sogenannte microRNAs. Das sind Moleküle, die in der Zelle die Aktivität vieler Gene regulieren. Sie schleusten die microRNAs in Fibroblasten ein, aus denen das Narbengewebe besteht. Diese Zellen bilden sich häufig nach einem Herzinfarkt in der betroffenen Region des Herzmuskels.

Zellen aus dem Bindegewebe

Das Narbengewebe schränkt die Leistungsfähigkeit des Herzens ein, weshalb viele Patienten nach einem Infarkt an einer Herzschwäche leiden. Das Team wies in Zellversuchen nach, dass die microRNAs das geschädigte Gewebe erneuern können. Es bildeten sich Zellen, die den herkömmlichen Herzmuskelzellen ähnelten. Anschließend behandelten sie Mäuse mit den Molekülen und auch hier gelang die Umwandlung der Zellen.

Einen anderen Weg beschreitet Eric Olson vom University of Texas Southwestern Medical Center. Mit einer Kombination aus vier körpereigenen Molekülen hat seine Gruppe die nach einem Infarkt geschädigten Herzen lebender Mäuse zumindest ein wenig gestärkt. Die Moleküle programmierten Zellen aus dem Bindegewebe zu Herzmuskelzellen um, schrieb Olsen in "Nature".

Über Stammzellen zu neuen Zelltypen

Das Herz besteht nur zu etwa 30 Prozent aus Muskelzellen, die für die Kontraktion und damit den Blutstrom sorgen, erklären die Forscher. Die übrigen 60 bis 70 Prozent gehören zum Bindegewebe. Ein denkbarer Weg zur Behandlung wäre es daher, Bindegewebe mit genetischen Tricks in kontrahierende Muskelzellen umzuwandeln.

Diese Möglichkeit existiert seit einigen Jahren. Damals wurde überraschend klar, dass einige Moleküle so tief ins genetische Programm erwachsener Zellen eingreifen können, dass diese sogar ins Stadium einer Stammzelle zurückversetzt werden. Und diese wiederum können dann zu neuen Zelltypen umgestaltet werden.

Eine solche Umgestaltung gelang mit Hilfe der vier Moleküle GATA4, HAND2, MEF2C und TBX5. Diese zählen zu den sogenannten Transkriptionsfaktoren und können im Zellkern dafür sorgen, dass eine ganze Kaskade von Genen aktiviert wird. In der Folge wird eine so behandelte Bindegewebs- zu einer Muskelzelle.