MedizinKardiologieStudien Kardiologie
Studien
Als E-Mail versenden...
Auf facebook teilen...
Twittern...
Drucken...

Medizin

3-D-Drucker stellt Herzflicken und Mini-Herz her

Montag, 15. April 2019

3-D-gedrucktes menschliches Herz, das aus den Materialien und Zellen des Patienten selbst hergestellt wurde. /Advanced Science

Tel Aviv – Forscher aus Israel haben menschliches Herzgewebe mit einem 3-D-Drucker hergestellt. Als „Bio-Tinte“ verwendeten sie Kardiomyozyten und Endothelien, die sie vorher aus induzierten pluripotenten Stammzellen gezüchtet hatten. In Advanced Science (2019; doi: 10.1002/advs.201900344) berichten die Forscher über einen Muskelpatch mit „kontraktilem Potenzial“ und ein Mini-Herz, das über Ventrikel verfügt. Eine klinische Anwendung ist derzeit aber noch nicht erkennbar.

Das Ersatzherz für einen Patienten mit schwerer Herzinsuffizienz könnte in Zukunft aus seinem Bauchfell gewonnen werden. Aus einer kleinen Biopsie würden im Labor zum einen Zellen isoliert. Diese würden in den Zustand von induzierten pluripotenten Stamm­zellen (iPS) zurückversetzt, um daraus Herzmuskelzellen und Endothelzellen zu züchten. Dies ist heute möglich, auch wenn die geringe Ausbeute noch Probleme bereitet. 

Anzeige

Aus dem Rest der Gewebeprobe würden alle Zellen entfernt, sodass eine Grundmasse aus kollagenen Fasern übrig bliebe. Aus dieser Masse würde dann eine der beiden „Bio-Tin­ten“ für den 3-D-Drucker hergestellt. Diese Bio-Tinte enthielte neben dem Bindegewebe auch die aus den iPS generierten Kardiomyozyten.

Diese Zellen würden sich später in einem Bioreaktor zu Muskelfasern formieren, die am Ende einen Herzmuskel bilden, der angeregt von einem Herzschrittmacher regelmäßige Kontraktionen ausführen könnte. Die Technologie für das Drucken von menschlichem Gewebe ist heute vorhanden. Es gibt zell­schonende 3-D-Drucker, die eine „Bio-Tinte“ zu Gewebeblöcken formt, ohne die darin enthaltenen Zellen zu zerstören.  

Die zweite „Bio-Tinte“ bestünde aus einem Gelatin, das mit Endothelzellen gemischt ist. Diese zweite „Bio-Tinte“ würde im gedruckten Herzen den Raum für die späteren Blutge­fäße einnehmen. Verlauf und Durchmesser der Arterien und Venen würden vorher am Computer berechnet, damit eine ausreichende Blutversorgung für alle Kardiomyozyten gewährleistet wäre. Im Bioreaktor würden die Endothelzellen dann die Gefäße ausklei­den. Danach würde die Gelatine ausgespült. Die Gefäße würden bei der Transplantation über Bypässe an die Blutversorgung des Körpers angeschlossen. Danach könnte das Herz aus dem 3-D-Drucker die Pumpfunktion des alten Herzens übernehmen. 

Dies sind derzeit noch ferne Visionen, doch die ersten Schritte sind jetzt einem Team um Tal Dvir in Tel Aviv gelungen. Die Forscher stellten zunächst einen 2 Millimeter dünnen Patch her, der dann Versuchstieren in das Bauchfell transplantiert wurde. 7 Tage später wurde das Transplantat entfernt und histologisch untersucht. Die Herzzellen hatten sich schlauchartig verlängert und parallel wie im echten Herzmuskel angeordnet.

Sie enthielten Sarkomere mit dem Protein Aktin, das im Herzmuskel zusammen mit dem Protein Myosin den kontraktilen, sprich motorischen Apparat bildet. Ob sich die Patches tatsächlich kontrahieren, haben die Forscher nicht untersucht. Ein „Patch“ könnte eines Tages auf dem Herzmuskel von Herzinfarktpatienten fixiert werden, um die Aufgabe der abgestorbenen Muskelanteile zu übernehmen und eine spätere Kardiomyopathie zu ver­hindern. Ob dies funktionieren würde, ist unklar. Der erste Schritt ist aber getan.

Die zweite weitaus größere Aufgabe bestünde darin, ein komplettes Herz mit Ventrikeln und Herzklappen im Bioreaktor herzustellen – am besten aus den iPS des Patienten sel­ber, der dann nach einer Transplantation keine Immunsuppressiva benötigen würde. Die­se Vision ist derzeit noch weiter entfernt als ein „Herzflicken“. Doch ein zweites Experi­ment der Stammzellforscher aus Israel zeigt, wie die Produktion einmal aussehen könnte – wenn auch in miniaturisierter Form eines 20 Millimeter kleinen Mini-Herzens. 

Das Prinzip ist das gleiche wie beim Patch. Der Drucker nutzt wiederum zwei „Bio-Tinten“, die einmal Kardiomyozyten und einmal Endothelzellen enthalten, aus denen sich später Herzmuskel und Blutgefäße formieren. Als Grundlage für die „Bio-Tinte“ des Herzmuskels war jedoch das Bindegewebe des Bauchfells nicht geeignet. Es ist zu weich und das Herz wäre nach dem Drucken in sich zusammengefallen, bevor die Herzmuskelzellen ihm eine feste Struktur geben könnten.

Die Forscher wechselten deshalb auf Mikropartikel aus Alginaten, die später wieder ent­fernt werden könnten, wenn sich der Herzmuskel gebildet hätte. Das von den Forschern gezüchtete Mini-Herz hat Kammern, es fehlen ihm aber offensichtlich die Herzklappen und über kontraktile Eigenschaften scheint es noch nicht zu verfügen. Aber auch hier ist ein erster Schritt gelungen. © rme/aerzteblatt.de

Liebe Leserinnen und Leser,

diesen Artikel können Sie mit dem kostenfreien „Mein-DÄ-Zugang“ lesen.

Sind Sie schon registriert, geben Sie einfach Ihre Zugangsdaten ein.

Oder registrieren Sie sich kostenfrei, um exklusiv diesen Beitrag aufzurufen.

Loggen Sie sich auf Mein DÄ ein

E-Mail

Passwort


Mit der Registrierung in „Mein-DÄ“ profitieren Sie von folgenden Vorteilen:

Newsletter
Kostenfreie Newsletter mit täglichen Nachrichten aus Medizin und Politik oder aus bestimmten Fachgebieten
cme
Nehmen Sie an der zertifizierten Fortbildung teil
Merkfunktion
Erstellen Sie Merklisten mit Nachrichten, Artikeln und Videos
Kommentarfunktion und Foren
Kommentieren Sie Nachrichten, Artikel und Videos, nehmen Sie an Diskussionen in den Foren teil
Job-Mail
Erhalten Sie zu Ihrer Ärztestellen-Suche passende Jobs per E-Mail.

Leserkommentare

E-Mail
Passwort

Registrieren

Um Artikel, Nachrichten oder Blogs kommentieren zu können, müssen Sie registriert sein. Sind sie bereits für den Newsletter oder den Stellenmarkt registriert, können Sie sich hier direkt anmelden.

LNS
NEWSLETTER