Einleitung

Regenerative Therapiestrategien zielen auf eine Remuskularisation des verletzten Herzen. Bisher ist die Untersuchung solcher regenerativen Ansätze allerdings nur im Tiermodell möglich. In diesem Projekt wurden regenerative Strategien, die auf einer Stimulation der Kardiomyozytenproliferation basieren, in einem humanen stammzell-basierten künstlichen Herzgewebe-Modell untersucht.

Methoden

Humane induzierte pluripotente Stammzellen (hiPS-Zellen) wurden zu Kardiomyozyten differenziert und in einem fibrin-basierten dreidimensionalen Kardiomyozytenkonstrukt kultiviert (sog. Engineered Heart Tissues; EHTs). Es wurde ein auf Kryoablation basierendes Verletzungsmodell etabliert. Hierzu wurden EHTs nach 7 Tagen in Kultur einer Kryoablation unterzogen. Eine erfolgreiche Verletzung der EHTs wurde durch einen Troponin-ELISA validiert. Die Kontraktiliät der EHTs wurde kontinuierlich mittels video-optischer Analysen gemessen. Die Verletzungs- und Zellmorphologie, sowie die Kardiomyozytenproliferation wurde histologisch zu verschiedenen Zeitpunkten analysiert. Nach Etablierung des Verletzungsmodells  wurde der Effekt des Matrixprotein Agrin, welches im Tiermodell  pro-proliferative Eigenschaften zeigte, untersucht.  

Resultate

Die Kryoablation der EHTs führte zu einem  Abfall der Kontraktionskraft, die sich innerhalb der nächsten 5 bis 7 Tage teilweise erholte, aber im Vergleich zu unverletzten Kontroll-EHTs dauerhaft erniedrigt blieb. In der histologischen Aufarbeitung zeigte sich, dass es im Bereich der Kryoverletzung zu einem Verlust von Kardiomyozyten kam. Dies ging einher mit einer Kollagendeposition führte aber nicht zu einer Stimulation der Kardiomyozytenproliferation. Eine Behandlung der EHTs mit dem Matrixprotein Agrin führte nicht zu einer Verbesserung der Kontraktilität und in diesem Modell nicht zur Stimulation der Kardiomyozytenproliferation.

Diskussion

Durch  Kryoablation verletzte EHTs zeigten reproduzierbar einen Abfall der Kontraktionskraft, einen Verlust an Kardiomyozyten und die Ablagerung von Kollagen. Entsprechend rekapitulierte das Modell entscheidende Aspekte einer myokardialen Verletzung in vivo. Agrin, dass in Tiermodellen zu einer Stimulation der Kardiomyozytenproliferation führte, zeigte keinen Effekt in diesem Modell. Dies könnte auf Speziesunterschiede zurückzuführen sein, andererseits aber eine Limitation des Modells darstellen.