Elektrische Integration, Reifung und Arrhythmogenität von aus induzierten pluripotenten Stammzellen differenzierten Kardiomyozyten nach Transplantation in infarzierte Mäuse-Herzen

• Antragsteller: Professor Dr. Marcel Halbach
• Fachliche Zuordnung: Kardiologie, Angiologie ; Anatomie und Physiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 325112617

Die etablierte Therapie des Myokardinfarktes führt nicht zu einer Regeneration des nekrotischen Myokards. Die Zelltherapie mit aus Stammzellen gewonnenen Herzmuskelzellen stellt einen experimentellen Therapieansatz dar, der diese Hürde überwinden könnte. Für die Sicherheit dieser Therapie ist entscheidend, dass durch die Transplantation keine Arrhythmien induziert werden. Bisherige Studien ergaben widersprüchliche Ergebnisse bezüglich pro- oder antiarrhythmischer Effekte transplantierter Zellen verschiedenen Ursprungs. Es gibt jedoch noch keine Studie, die aus induzierten pluripotenten Stammzellen abgeleitete Kardiomyozyten (iPSKM) untersucht hat, die zu den vielversprechendsten Zelltypen für die Zelltherapie gehören.Im beantragten Projekt sollen daher Zellverbleib, funktionelle Integration, Reifung und Arrhythmogenität transplantierter iPSKM untersucht werden. Dazu sollen murine iPSKM, die enhanced green fluorescent protein und ein Puromycin-Resistenz-Gen unter Kontrolle des alpha-myosin heavy chain Promoters exprimieren, in durch Ligatur infarzierte Mäuseherzen injiziert werden. Es sollen iPSKM verschiedener Entwicklungsstadien verglichen werden. Als weitere Versuchsgruppe werden Cluster aus iPSKM und mesenchymalen Stammzellen verwendet, da es Hinweise auf eine verbesserte Persistenz des Transplantats im Vergleich zu reinen iPSKM gibt. In Kontrolltieren erfolgt die Injektion einer Salzlösung. 6 Tage, 6 Wochen und 3 Monate nach Transplantation soll eine programmierte Stimulation durch einen rechtsventrikulären Katheter ausgeführt werden. Ein Oberflächen-EKG wird die Anzahl und Dauer induzierter ventrikulärer Tachykardien aufzeichnen. Gleichzeitig wird in vivo ein Elektrodenfeld auf den linken Ventrikel aufgelegt, das die Erregungsausbreitung sichtbar macht. Anschließend wird das Herz entnommen, und es werden lebende, 150µm dicke Gewebeschnitte angefertigt. Die Erregungsausbreitung in den Gewebeschnitten wird in vitro durch multifokale Feldpotentialableitungen erfasst. Mit scharfen Glaselektroden werden Aktionspotentiale gezielt in den Fluoreszenz-markierten iPSKM und im Empfängergewebe abgeleitet. So können die elektrische Integration und Reifung der transplantierten Zellen untersucht werden. Erste Vorversuche haben bereits gezeigt, dass die geplanten Experimente durchführbar sind.Anhand der Ergebnisse soll beurteilt werden, ob iPSKM für einen Einsatz in der Zelltherapie hinsichtlich der Qualität der elektrischen Integration und des arrhythmogenen Risikos geeignet sind. Die vier verwendeten elektrophysiologischen Methoden erlauben einen direkten Vergleich der Daten zur Integration und Reifung einzelner transplantierter Zellen und der Arrhythmogenität auf Gewebe- und Organebene, da die Messungen an denselben Präparaten erfolgen. Dies ermöglicht eine genaue Beurteilung der Mechanismen der Arrhythmieentstehung und wird damit einen wichtigen Beitrag zu einer gesteigerten Effizienz und Sicherheit der Zelltherapie in der Klinik leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen