ArchivDeutsches Ärzteblatt36/2006Tissue Engineering: Wenn die Herzklappe mitwächst

MEDIZINREPORT

Tissue Engineering: Wenn die Herzklappe mitwächst

Grübler, Beate

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Mit Progenitor-Endothelzellen besiedelte Pulmonalklappe in Immunofluoreszenz- Darstellung Abbildung: S. Cebotari
Mit Progenitor-Endothelzellen besiedelte Pulmonalklappe in Immunofluoreszenz- Darstellung Abbildung: S. Cebotari
In Deutschland arbeiten herzchirurgische Teams mit unterschiedlichen Strategien an der Entwicklung von humanem, bioartefiziellem Gewebeersatz.

An der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) hat eine Forschergruppe um den Herzchirurgen Prof. Dr. med. Axel Haverich eine aus körpereigenen Zellen gezüchtete Herzklappe entwickelt, die nach der Implantation mitwächst. Davon profitieren vor allem Kinder, denn der neue Gewebeersatz muss im Gegensatz zu Kunststoffklappen nicht regelmäßig ausgetauscht werden. Bisher wurde die Pulmonalklappe bei 14 herzkranken Kindern erfolgreich eingesetzt, zwei von ihnen leben damit bereits seit mehr als drei Jahren. Alle Eingriffe wurden im Rahmen einer Kooperation in der Universitätsklinik Chisinau in Moldawien vorgenommen.
„Die Klappen sind dicht und wachsen mit, wir gehen deshalb davon aus, dass sie auch langfristig halten“, erläuterte Haverich. Für das „Tissue Engineering“ – die In-vitro-Züchtung von Gewebeersatz – sei die mitwachsende Herzklappe eine große Bereicherung. Über den Stand der klinischen Anwendung berichtete das Forscherteam in Circulation (2006; 114: 132–7).
Medizinprodukt oder Arznei?
Konventionelle, mechanische oder biologische Herzklappen haben kein Wachstumspotenzial und müssen bei Kindern nach wenigen Jahren gegen größere Implantate ausgetauscht werden. Kunststoffklappen erfordern außerdem eine lebenslange Behandlung mit Antikoagulanzien und sind infektanfällig. Am Leibniz-Forschungslaboratorium für Biotechnologie und künstliche Organe (LEBAO) in Hannover wurde deshalb in jahrelanger Forschungsarbeit eine neuartige Bio-Herzklappe entwickelt. Als Gerüst dient eine von Zellen befreite Spenderklappe, die mit Progenitor-Endothelzellen aus dem peripheren Blut des Empfängers besiedelt wird. „Daraus entsteht in vitro innerhalb von drei Wochen eine fast natürliche Herzklappe, die nach der Implantation keine Abstoßungsreaktionen hervorruft und auch nicht thrombogen ist“, erläuterte Haverich: „Alle bisher implantierten Herzklappen funktionieren einwandfrei.“ Dass sie sich dem Wachstum der Kinder anpassen, ist an Erweiterungen der Pulmonalklappenringe zu erkennen.
Eine multizentrische klinische Studie, die die positiven Fallbeschreibungen statistisch untermauern soll, liegt aus formalistischen Gründen vorerst „auf Eis“, denn noch ist unklar, ob eine bioartefizielle Herzklappe ein Medizinprodukt oder ein Arzneimittel ist. Klarheit bringt erst das neue Gewebegesetz, das Herzklappenprothesen vermutlich zu Arzneimitteln erklärt, für deren Zulassung das Paul-Ehrlich-Institut zuständig ist.
„Außerdem fehlt unserem Labor die Erlaubnis zur Herstellung der Herzklappe“, sagte Haverich. Er könne deshalb anderen Kliniken keine Klappen zur Verfügung stellen, obwohl mehrere Anfragen vorlägen. „In Deutschland könnten wir die Klappe derzeit nur im Rahmen von Heilversuchen verwenden, aber nicht für eine größere Studie.“ Die Universitätsklinik in Moldawien produziert derweil Klappen für den Eigenbedarf. „Unsere Ethikkommission befürwortet die Verwendung dieser Klappe“, erläuterte Dr. Serghei Cebotari, der sich zurzeit an der MHH zum Facharzt ausbilden lässt und den Kontakt zu seiner Heimatklinik hergestellt hat. „Die Nachfrage nach den Bio-Herzklappen ist groß.“
In Deutschland wird auch von anderen Forschergruppen intensiv auf dem Gebiet des kardialen Tissue Engineering gearbeitet. Unter anderem fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) ein Verbundprojekt zur Herstellung humaner Herzklappen unter Verwendung von autologen Nabelschnurzellen.
Implantation einer durch Tissue Engineering erzeugten Pulmonalklappe Foto: S.Cebotari
Implantation einer durch Tissue Engineering erzeugten Pulmonalklappe Foto: S.Cebotari
„Diese Zellen sind omnipotent und differenzieren unter geeigneten Kulturbedingungen zu bindegewebigen und endothelialen Gefäßwandzellen“, erläuterte Prof. Dr. med. Sabine H. Däbritz, Oberärztin am Klinikum der Universität München-Großhadern, die das Projekt zusammen mit Priv.-Doz. Dr. med. Ralf Sodian betreut. Daran beteiligt ist auch das Deutsche Herzzentrum Berlin, wo die neuartigen Herzklappenkonstrukte funktionell und strukturell analysiert werden.
Nabelschnurzellen auf Polymer-Klappengerüst
Das Konzept sieht vor, angeborene Herzfehler durch pränatalen Ultraschall bereits vor der Geburt zu diagnostizieren und das Nabelschnurblut dieser Kinder unmittelbar nach der Geburt zu konservieren. Kürzlich hat die Forschergruppe um Däbritz und Sodian die Ergebnisse der grundlegenden experimentellen Untersuchungen publiziert (Ann Thorac Surg 2006; 81[6]: 2207– 16). Den Wissenschaftlern ist es gelungen, vaskuläre Nabelschnurzellen für längere Zeit zu kryokonservieren. Die Zellen wurden nach zwölf Wochen rekultiviert und auf ein resorbierbares Polymer-Klappengerüst umgesetzt. Im Bioreaktor entsteht daraus eine vitale, autologe Herzklappe mit allen biologischen Fähigkeiten wie Wachstum und Regeneration.
Um eine gezielte Differenzierung der Stammzellen aus dem Nabelschnurblut in natürlich geschichtetes Klappengewebe zu erreichen, werden verschiedene Nährmedien getestet. Außerdem wird die Reaktion der mit Zellen besiedelten Klappenkonstrukte auf unterschiedliche Wechseldruckbelastungen im Sinne einer pulsatilen Strömung untersucht. Gleichzeitig wird an der hämodynamisch günstigsten Formgebung einer dreisegligen Herzklappe aus Polymermaterial gearbeitet.
„Ein biodegradabler Herzklappenersatz auf Basis von Nabelschnurblut ist für Kinder mit vorgeburtlich erkannten Klappenfehlern eine interessante Entwicklung, zumal das benötigte Nabelschnurgewebe als Zellquelle aufgehoben werden kann“, sagte Sodian. Damit wäre ein patienteneigener Klappen-ersatz möglich, selbst wenn die Operation erst im Erwachsenenalter nötig sein sollte. Noch müssen die Tissue Engineerten Herzklappen für die Anwendung beim Menschen modifiziert und verbessert werden; das zunächst auf drei Jahre angelegte BMBF-Projekt soll die Voraussetzungen für den klinischen Testlauf schaffen. Für Kinder mit pränatal diagnostizierten Herzfehlern könnte die Einlagerung von Nabelschnurblut schon jetzt ein wichtiger Beitrag zur individuellen Gesundheitsfürsorge sein. Beate Grübler

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