Kann Herzschäden rückgängig gemacht werden? Neue Forschung bietet Hoffnung

Wissenschaftler am Stanley Manne Children's Research Institute haben eine Technik entwickelt, um geschädigte Herzmuskelzellen bei Mäusen zu regenerieren und potenzielle Behandlungen für angeborene Herzfehler und Herzinfarktschäden anzubieten. Dies wurde erreicht, indem Herzellen so verändert wurden, dass sie in einen fötalen Zustand zurückkehren, der es ihnen ermöglicht, sich selbst zu reparieren, indem sie Glukose effektiver nutzen. Die Ergebnisse könnten zu medikamentösen Behandlungen führen, die diesen regenerativen Prozess aktivieren und haben Auswirkungen auf die pädiatrische und erwachsene Herzmedizin.

Forscher am Stanley Manne Children's Research Institute des Ann & Robert H. Lurie Children's Hospital of Chicago haben eine Methode entwickelt, um geschädigte Herzmuskelzellen bei Mäusen zu regenerieren. Dieser Durchbruch könnte neue Möglichkeiten für die Behandlung angeborener Herzfehler bei Kindern und die Reparatur von Herzinfarktschäden bei Erwachsenen eröffnen, so eine Studie in der Zeitschrift Journal of Clinical Investigation.

Das Hypoplastische Linksherzsyndrom oder HLHS ist ein seltener angeborener Herzfehler, der auftritt, wenn die linke Seite des Herzens eines Babys während der Schwangerschaft nicht richtig entwickelt. Die Krankheit betrifft eines von 5.000 Neugeborenen und ist für 23 Prozent der Herztodesfälle in der ersten Lebenswoche verantwortlich.

Kardiomyozyten, die Zellen, die für die Kontraktion des Herzmuskels verantwortlich sind, können sich bei Neugeborenen Säugetieren regenerieren, verlieren diese Fähigkeit jedoch mit zunehmendem Alter, sagte der leitende Autor Paul Schumacker, Ph.D., Patrick M. Magoon Distinguished Professor in Neonatal Research am Lurie Children's und Professor für Pädiatrie, Zell- und Molekularbiologie und Medizin an der Northwestern University Feinberg School of Medicine.

"Zum Zeitpunkt der Geburt können die Herzmuskelzellen noch mitotische Zellteilungen durchführen", sagte Dr. Schumacker. "Zum Beispiel, wenn das Herz einer neugeborenen Maus einen Tag oder zwei alt ist und beschädigt wird, und dann warten Sie, bis die Maus erwachsen ist, wenn Sie sich den Bereich des Herzens anschauen, der zuvor beschädigt war, würden Sie nie wissen, dass dort eine Schädigung vorhanden war."

In der aktuellen Studie versuchten Dr. Schumacker und seine Mitarbeiter zu verstehen, ob erwachsene Säugetier-Kardiomyozyten in diesen regenerativen fötalen Zustand zurückkehren könnten.

Da fetale Kardiomyozyten auf Glukose angewiesen sind, anstatt zelluläre Energie durch ihre Mitochondrien zu erzeugen, löschten Dr. Schumacker und seine Mitarbeiter das mit den Mitochondrien assoziierte Gen UQCRFS1 in den Herzen erwachsener Mäuse und zwangen diese, in einen fötalen Zustand zurückzukehren.

Bei erwachsenen Mäusen mit geschädigtem Herzgewebe beobachteten die Forscher, dass die Herzzellen zu regenerieren begannen, sobald UQCRFS1 gehemmt war. Die Zellen begannen auch, mehr Glukose aufzunehmen, ähnlich wie fetale Herzzellen, so die Studie.

Die Ergebnisse legen nahe, dass eine erhöhte Glukoseverwertung auch die Zellteilung und das Wachstum in erwachsenen Herzzellen wiederherstellen kann und möglicherweise einen neuen Ansatz zur Behandlung geschädigter Herzzellen bietet, sagte Dr. Schumacker.

"Dies ist ein erster Schritt, um eine der wichtigsten Fragen in der Kardiologie beantworten zu können: Wie bringen wir Herzellen dazu, sich wieder daran zu erinnern, wie man sich teilt, damit wir Herzen reparieren können?", sagte Dr. Schumacker.

Aufbauend auf dieser Entdeckung werden Dr. Schumacker und seine Mitarbeiter sich darauf konzentrieren, Medikamente zu identifizieren, die diese Reaktion in Herzzellen ohne genetische Manipulation auslösen können.

"Wenn wir ein Medikament finden könnten, das diese Reaktion auf die gleiche Weise wie die Genmanipulation auslöst, könnten wir das Medikament absetzen, sobald die Herzzellen gewachsen sind", sagte Dr. Schumacker. "Im Fall von Kindern mit HLHS könnte uns dies ermöglichen, die normale Dicke der linken Herzwand wiederherzustellen. Das wäre lebensrettend."

Der Ansatz könnte auch für Erwachsene verwendet werden, die aufgrund eines Herzinfarkts Schäden erlitten haben, sagte Dr. Schumacker.

Referenz: "Mitochondrien regulieren die Vermehrung in erwachsenen Herzmuskelzellen" von Gregory B. Waypa, Kimberly A. Smith, Paul T. Mungai, Vincent J. Dudley, Kathryn A. Helmin, Benjamin D. Singer, Clara Bien Peek, Joseph Bass, Lauren Beussink-Nelson, Sanjiv J. Shah, Gaston Ofman, J. Andrew Wasserstrom, William A. Muller, Alexander V. Misharin, G.R. Scott Budinger, Hiam Abdala-Valencia, Navdeep S. Chandel, Danijela Dokic, Elizabeth T. Bartom, Shuang Zhang, Yuki Tatekoshi, Amir Mahmoodzadeh, Hossein Ardehali, Edward B. Thorp und Paul T. Schumacker, 9. Mai 2024, Journal of Clinical Investigation. DOI: 10.1172/JCI165482

Die Studie wurde von den National Institutes of Health mit den Zuschüssen HL35440, HL122062, HL118491 und HL109478 unterstützt.