Bioschrittmacher: Immer schön im Takt bleiben

25. August 2014
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Bei Infektionen der Herzregion muss ein Schrittmacher entfernt werden, bis alle Bakterien beseitigt sind. Um diese Zeit sicherer überbrücken zu können, haben Wissenschaftler einen biologischen Schrittmacher entwickelt, den sie nun erfolgreich an Schweinen erprobt haben.

Schlägt das Herz zu langsam oder gerät immer wieder aus dem Takt, kann ein elektronischer Herzschrittmacher helfen. Bereits seit 50 Jahren sind die Geräte im Einsatz und seitdem stetig verbessert worden. Dennoch können sie nicht immer jedem Patienten mit Herzproblemen dauerhaft helfen. Treten beispielsweise Infektionen nach der Implantation auf, muss das Gerät vorerst entfernt werden, bis die Infektion auskuriert ist.

Nun haben Wissenschaftler ein neuartiges, minimalinvasives Verfahren entwickelt, mit dem diese Lücke überbrückt werden könnte: „Wir konnten einen biologischen Herzschrittmacher erzeugen, der den Anforderungen des täglichen Lebens standhält“, so Studienleiter Dr. Eduardo Marbán vom Cedars-Sinai Heart Institute in Los Angeles, und weiter: „Es ist uns erstmals gelungen, eine Herzzelle in einem lebenden Tier derart umzuprogrammieren, dass wir damit eine Krankheit heilen konnten.“ Marbán und seine Kollegen haben mit Hilfe einer Gen-Injektion den Herzschlag von sieben Schweinen erfolgreich reguliert, wie sie im Fachmagazin “Science Translational Medicine” berichten.

Gen wandelt normale Herzzellen in Taktgeberzellen um

Den Takt des Herzschlags gibt normalerweise der Sinusknoten, eine Ansammlung spezialisierter Herzmuskelzellen im rechten Vorhof, an. Diese Zellen besitzen die Fähigkeit zur spontanen Depolarisation und können sich so selbst elektrisch erregen. Herzzellen außerhalb des Sinusknotens sind dazu nicht in der Lage. Die Wissenschaftler um Marbán hatten in früheren Versuchen bereits festgestellt, dass dazu ein Gen namens TBX18 nötig ist. Gelangt dieses Gen in normale Herzzellen, wandelt es diese in Taktgeberzellen um. Dass dieser biologische Schrittmacher auch in lebenden Tieren funktioniert, konnten die Wissenschaftler nun erstmals an Schweinen zeigen.

Geninjektion über Venenkatheter

Um den Herzschlag der Tiere beeinflussen zu können, zerstörten die Forscher zunächst deren Sinusknoten, implantierten einen elektrischen Herzschrittmacher und simulierten einen krankhaft langsamen Herzschlag. Ein Teil der Tiere erhielt im Anschluss eine gentherapeutische Behandlung mit Adenoviren, die das TBX18-Gen übertrugen. Die Forscher injizierten die Genfähren mit TBX18 mit einem Venen-Katheter in den rechten Vorhof der Schweine. Die Kontroll-Versuchstiere erhielten über dieselbe Prozedur nur den fluoreszierenden Farbstoff GFP.

Bioschrittmacher voll funktionsfähig 

In den kommenden 14 Tagen nach dem Gentransfer überwachten die Wissenschaftler den Puls und die Aktivitäten der Tiere genau. Bereits am zweiten Tag nach der Injektion beobachteten sie, dass sich die Frequenz des Herzschlags der Tiere erhöhte. Wie bei einem gesunden Sinusknoten zeigte sich bei den behandelten Tieren ein deutlicher Tag-Nacht-Rhythmus und die Tiere waren bewegungsfreudiger als die unbehandelten Schweine. Fazit: Der TBX18-Herzschrittmacher konnte einen natürlichen Herzschlag erzeugen und diesen an die Aktivität der Tiere anpassen. Bei den TBX18-Schweinen musste der elektronische Schrittmacher nur sehr selten einspringen (< 1% von Tag bis Tag 11), bei den Kontrolltieren wesentlich häufiger (8 bis 40 % innerhalb der 14 Tage). Ab dem 11. Tag nahm die Pulsfrequenz der TBX18-Schweine zwar leicht ab, war aber immer noch signifikant höher als die der Kontrollschweine.

Anwendung am Menschen greifbar

Die Untersuchung des Herzgewebes zeigte, wie TBX18 wirkt: Einige der normalerweise ziegelförmigen Herzmuskelzellen hatten sich in dünne, spindelförmige Taktgeberzellen des Sinusknotens verwandelt. Damit haben die Wissenschaftler den ersten biologischen Schrittmacher geschaffen, der sich den Anforderungen des Alltags anpassen kann. Auch Nebenwirkungen blieben aus: Während des Untersuchungszeitraums von zwei Wochen kam es weder zu Herzrhythmusstörungen bei den Tieren, noch zu Nebenwirkungen durch die Adenoviren. Diese verblieben größtenteils in der Herzregion der Tiere, wie Untersuchungen der Forscher zeigten. Das lässt die Studienautoren hoffen, dass sich ihr System auch beim Menschen anwenden lässt, denn das Herz eines Schweins ist dem eines Menschen sehr ähnlich und das verwendete Gen TBX18 ist bereits menschlichen Ursprungs.

Langzeittherapie möglich?

Ein Beobachtungszeitraum von 14 Tagen ist freilich zu kurz, um Aussagen über die Langzeitwirkung der Gentherapie machen zu können. Wenn sich die vielversprechenden Ergebnisse allerdings in weiteren präklinischen Studien bestätigen lassen, rechnen die Wissenschaftler bereits in drei Jahren mit einer ersten Testphase am Menschen. „Urspünglich war unser Gedanke, Patienten mit Infektionen kurzfristig mit unserem gentherapeutischen Verfahren zu helfen, bis der Schrittmacher wieder implantiert werden kann“, so Marbán. „Mit etwas mehr Forschungsarbeit können wir vielleicht eine dauerhafte biologische Behandlung für die Patienten etablieren.“ Dazu müssten die Wissenschaftler allerdings auf andere Genfähren umschwenken, denn Adenoviren lösen eine humoralen und zelluläre Immunantwort sowohl gegen den Vektor als auch gegen die mit dem Vektor transduzierten Zellen – in diesem Fall die Herzzellen – aus. Das hat zur Folge, dass das therapeutische Gen im Adenovirus – hier TBX18 – nur vorübergehend abgelesen wird. Auch eine wiederholte Anwendung ist aufgrund der Immunreaktionen meist nicht möglich. Lässt sich das Verfahren auch mit anderen Genfähren etablieren, könnten davon auch Kinder oder Föten mit angeborenem Herzfehler profitieren.

55 Wertungen (4.64 ø)

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4 Kommentare:

Gast
Gast

interessant aber noch etwas realitätsfremd, denn das was angeblich vermieden werden soll, ist der Katheter zu Injektion, also ein Widerspruch.
Ein Fremdkörper (SM) wird ja nur deshalb “ausgetauscht” weil sich der “Biofilm” von Keimen darauf schwer therapieren lässt.
Wenn der “Ersatz” wieder ein Katheter bis ins Herz ist, ist das noch keine Lösung.

#4 |
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das ist wirklich interressat …biologisch… eben heir bio bessr ist

#3 |
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Medizinjournalistin

Lieber Herr Franz,

vielen Dank fürs aufmerksame Lesen und den Hinweis. In der Publikation heißt es tatsächlich: “Viral vectors were delivered into the upper posteroseptum of the right ventricle through a steerable NOGA MyoStar injection catheter.”

Herzliche Grüße
Sonja Schmitzer

#2 |
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Student der Humanmedizin

Im Artikel ist der rechte Vorhof als Ort der Injektion beschrieben, das Video zeigt jedoch eine Injektion in die rechte Kammer.

#1 |
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