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Oktober 2021


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Reversible reprogramming of cardiomyocytes to a fetal state drives heart regeneration in mice, DZHK authors: Eric Schoger, Laura C. Zelarayán, Johnny Kim, Thomas Braun, Science, 24 September 2021

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Das menschliche Herz kann sich nur bedingt selbst heilen, wenn es geschädigt ist. Denn Herzmuskelzellen teilen sich in einem ausgewachsenen Organismus kaum noch. DZHK-Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim und ein internationales Forscherteam haben Herzmuskelzellen in Mäusen so umprogrammiert, dass sich das geschädigte Organ regenerieren kann. Entscheidend ist jedoch, wie lange und wie stark die Zellen umprogrammiert werden: Ist dies nicht optimal, erholt sich das Herz nicht, oder es bilden sich sogar Tumore.

Für ihre Studie setzte das Team um die DZHK-Wissenschaftler Dr. Johnny Kim und Professor Thomas Braun transgene Mäuse ein, bei denen die Expression von vier Stammzellfaktoren im Herzen an- und abgeschaltet werden kann. Durch die künstliche Expression der Faktoren werden die Herzmuskelzellen so umprogrammiert, dass sie sich wieder neu entwickeln und teilen.

Zunächst gelang es den Wissenschaftlern, die Faktoren in isolierten Herzmuskelzellen der transgenen Mäuse zu aktivieren. In der Folge teilten sich die Zellen nach und nach wieder. Viele Gene, die an der Zellteilung und der Stoffwechselkontrolle beteiligt sind, waren in den Mäusen auch nach sechs Wochen aktiv, wenn die Faktoren eingeschaltet waren.

Wurde die Faktorenexpression wieder ausgeschaltet, funktionierte das Herz unverändert. Waren die Faktoren jedoch über einen längeren Zeitraum aktiv, veränderte sich das Herz signifikant und irreversibel, was zu einer Funktionsbeeinträchtigung führte. Bei dauerhafter Aktivierung verloren die Herzmuskelzellen sogar ihre ursprüngliche Identität und es bildeten sich Herztumore.

Die Forscher untersuchten nun, ob die vier Stammzellfaktoren auch Reparaturprozesse im geschädigten Herzen auslösen können. "In einem Infarktmodell setzten Regenerationsprozesse ein, indem die Faktorenexpression kontrolliert eingeschaltet wurde. Im Vergleich zu Kontrolltieren war die Infarktnarbe deutlich kleiner", sagt Kim. Die Herzleistung verbesserte sich auch, wenn die Expression der Faktoren kurz vor oder kurz nach einem Herzinfarkt eingeschaltet wurde.

Laut Braun, Direktor am Max-Planck-Institut, zeigt die Studie, dass die therapeutische Wiederherstellung von Organfunktionen in Geweben mit geringer Regenerationsfähigkeit erfolgreich sein kann, wenn teilungsunfähige Zellen wieder teilungsfähig gemacht werden.

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