2020

Genetischer Code für die Stammzellherzreparatur

Presseerklärung EBIOM-102862

Ein Forscherteam aus Deutschland und Japan veröffentlichte im LANCET-Journal EBioMedicine einen neuen hochspezifischen Genexpressionscode, der die Stammzellantwort für die Herzreparatur nach Infarkt steuert. Mithilfe fortschrittlicher Algorithmen für künstliche Intelligenz konnten sie spezifische Variationen in Knochenmarkstammzellen durch Transkriptom-Sequenzierung peripherer Blutzellen nachweisen. Bei den untersuchten Patienten mit arteriosklerotischer Erkrankung und Herzinsuffizienz fanden sie fortgeschrittene somatische Mutationen im Blut, die mit veränderten Stammzellfunktionen verbunden waren.

Arteriosklerose, Myokardinfarkt und Herzinsuffizienz sind weltweit eine Hauptursache für Krankheiten und Todesfälle. Die genetische Ursache von Krankheiten und Reparaturmechanismen durch Stammzellen wurde bisher nicht geklärt. Die neuen Ergebnisse zeigen, dass die Seneszenz von Stammzellen durch mehrere erworbene Mutationen Defekte bei der Reparatur der Myokardperfusion verursacht. Dieser Mechanismus kann eine Hauptursache für fortschreitende Herzinsuffizienz und Herz-Kreislauf-Erkrankungen sein. Die klinischen Ergebnisse der Phase-3-PERFECT-Stammzellstudie, die zu einer starken Verbesserung der Herzfunktion führte, wurden in einer unabhängigen Patientengruppe sowie in zwei Mausmodellen validiert, um den Genschalter zu klären, der zu einer verbesserten Herzreparatur durch zirkulierende Stamm- und Immunzellen führt. „Diese neuartige Diagnosemethode kann zur Vorhersage der Herzreparatur verwendet werden, die einen wichtigen Meilenstein in der Stammzelltherapie bei Herzinsuffizienz darstellen könnte“, erklärte Prof. Gustav Steinhoff, der das Forschungsteam von 10 Universitäten koordinierte.

Markus Wolfien, MSc 1, Denise Klatt, PhD2, Amankeldi A. Salybekov, MD 3, Masaaki Ii, MD, PhD 4, Miki Komatsu-Horii, BS 5, Ralf Gaebel, PhD 6, Julia Philippou-Massier, PhD 7 , Eric Schrinner, 8, PERFECT trial and vascular regeneration investigators group 9, Helmut Blum, PhD 7, Prof Olaf Wolkenhauer, PhD 1, Prof Axel Schambach, MD, PhD2, Prof Takayuki Asahara, MD, PhD 3, Prof Gustav Steinhoff, MD 6 *. Hematopoietic stem-cell senescence and myocardial repair - Coronary artery disease genotype/phenotype analysis of post-MI myocardial regeneration response induced by CABG/CD133+ bone marrow hematopoietic stem cell treatment in RCT PERFECT Phase 3. EBioMedicine (online)

Universität Rostock erhält Patent für biologischen Herz-Schrittmacher

BioCon Valley

Große Freude beim Team von Professor Robert David aus dem Department „Licht, Leben und Materie“ der Universität Rostock: Zwei Jahre nach dem Patentantrag erhält die Universität Rostock das ersehnte Patent in Deutschland für einen biologischen Herzschrittmacher mit naturgetreuen Herzschrittmacher-Stammzellen.

Bedeutet das, dass der 60 Jahre alte künstliche Schrittmacher womöglich ersetzt wird? Robert David, Professor für Regenerative Medizin in der Herzchirurgie der Universitätsmedizin Rostock, ist fest davon überzeugt. Aber wann das sein wird, dazu will sich der Forscher noch nicht festlegen. „Ein biologischer Herzschrittmacher, der dem natürlichen System des Menschen nahekommt, ist viel nachhaltiger“, betont der Entwicklungs-Biologe, der am Max-Planck-Institut für Entwicklungs-Biologie in Tübingen promovierte, in der Kardiologie der Ludwig-Maximilians-Universität München habilitierte und für die Idee eines biologischen Herzschrittmachers brennt.

In Deutschland werden jährlich mehr als 100.000 elektronische Herzschrittmacher implantiert, die jedoch mit erheblichen Einschränkungen einhergehen: so kommt es zu Interferenzen mit anderen elektronischen Geräten, wie etwa bei MRT-Untersuchungen oder Flughafenkontrollen. Zudem bergen die Schrittmacher wie alle metallischen Implantate ein nicht unerhebliches Infektionsrisiko. Außerdem ist die Stromversorgung über Batteriebetrieb keine wirklich zufriedenstellende Lösung für die Patienten. Daher müssen jedes Jahr in Deutschland 16.000 Aggregatwechsel operativ vorgenommen werden.

„Wir haben eine Methode entwickelt, die es ermöglicht, einen hoch spezialisierten Herzmuskelzelltyp in hoher Reinheit aus Stammzellen herzustellen“, erklärt der Rostocker Forscher. Die wissenschaftliche Herausforderung: Die verwendeten Stammzellen müssen so beeinflusst werden, dass sie zu Schrittmacher-Zellen werden, die extrem selten sind. Wie das geht, erklärt Professor David so: „Wir stützen uns auf so genannte Zellprogrammierung in Kombination mit einem spezifischen Kulturprotokoll. Nur so erhalten wir reine Schrittmacherzellen“.

Dieses Verfahren ist von der Universität Rostock zum Patent angemeldet und bereits in Deutschland, Europa und Japan erteilt worden. Des Weiteren laufen gegenwärtig Anmeldungen für ein Patent in Kanada, USA, Indien, Korea und China. Während der coronabedingten Heimarbeit erreichte Professor David die Nachricht, dass auch die Anwendung dieser synthetisch hergestellten Schrittmacherzellen in Form eines biologischen Schrittmachers ebenfalls vom Deutschen Patent- und Markenamt zum Patent erteilt wird. Auch hier ist die Ausweitung des Schutzes auf den internationalen Markt durch die Universität Rostock geplant.

Von klinischen Studien mit einem biologischen Herzschrittmacher sind Professor David und sein Team aber noch weit entfernt. Aktuell geht es darum, ihren Ansatz mit Mäusen auf humane Schrittmacherzellen zu übertragen. Eine weitere Perspektive ist die Verwendung der Zellen zur Medikamententestung in der Kulturschale – das könnte eine deutliche Reduzierung von Tierversuchen ermöglichen. Neben der Verringerung des Leids dieser Tiere ist auch davon auszugehen, dass sich die Ergebnisse von Medikamententestungen – gewonnen mit menschlichen Zellen in der Kulturschale – so besser auf Patienten übertragen lassen. Auch für diese Anwendung der Schrittmacherzellen wurde der Universität Rostock mittlerweile in Deutschland ein Patent erteilt.

Bei der schutzrechtlichen Sicherung der Erfindungen steht die Universität Rostock Service GmbH (URSG) dem Erfinderteam rund um Professor David in allen Phasen des Patentierungsprozesses beratend zur Seite. Daneben unterstützt die URSG den Forscher aktiv bei der wirtschaftlichen Verwertung dieser Erfindungen und steht derzeit mit einigen Unternehmen zur Initiierung nachhaltiger Kooperationen in regem Kontakt. Auch die Gründung eines Start-ups wird intern diskutiert. Patentingenieur Lars Worm sagt dazu: „Die Erfindungen von Professor David und seinem Team besitzen enormes wirtschaftliches und gesellschaftliches Potenzial und zeigen einmal mehr, dass in Mecklenburg-Vorpommern patentrelevante Spitzenforschung betrieben wird.“ Text: Wolfgang Thiel

Kontakt:
Prof. Dr. rer. nat. Robert David
Universität Rostock
Telefon: + 49 381 498-8973
robert.david@med.uni-rostock.de