Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Neuro- und Kardiomyozyten in einem neuartigen innervierten Herzmuskelmodell aus menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen

• Antragstellerin: Dr. Maria Patapia Zafeiriou, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kardiologie, Angiologie ; Experimentelle Modelle zum Verständnis von Erkrankungen des Nervensystems ; Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496553893

Es gibt eine Reihe von bekannten Erkrankungen des Gehirns und des Herzens (B & H), bei denen das Herz aufgrund einer Fehlfunktion des Gehirns betroffen ist. Daher besteht ein großer Bedarf an Modellen, mit denen neurokardiale Wechselwirkungen untersucht werden können.Trotz des Wertes und der breiten Anwendung von Tiermodellen bei der Modellierung von Krankheiten führt die evolutionäre Kluft zwischen den Arten zu unvermeidlichen Unterschieden zwischen Mensch und Tier. Zusammen mit Tiermodellen kann menschliches Tissue Engineering die Translation präklinischer Daten erhöhen.Daher haben wir eine humane neurokardiale Schnittstelle generiert, bei der ein neu entwickeltes sympathisches neuronales Organoidmodell (SNO) mit einem etablierten In-vitro-Herzmodell zusammengeführt wird, das als Engineered Human Myocardium (EHM) bezeichnet wird. Sowohl SNO als auch EHM werden durch zielgerichtete Differenzierung induzierter pluripotenter Stammzellen in einer dreidimensionalen Umgebung erzeugt. Um zu beweisen, dass Neuronen funktionell mit Kardiomyozyten interagieren, haben wir lichtstimulierbare SNOs mit nicht optogenetischen EHM-Geweben zusammengeführt. Die Lichtstimulation des SNO beeinflusste die EHM-Chronotropie durch einen offensichtlichen Anstieg der Gewebeschlaggeschwindigkeit. Diese Daten liefern einen Beweis für das Prinzip, dass innerviertes EHM (i-EHM) eine funktionierende menschliche neurokardiale Schnittstelle emuliert.Das i-EHM-Modell bietet drei wesentliche Vorteile: (1) Es ermöglicht die Untersuchung elektrisch erregbare Netzwerke menschlicher sympathischer Neuronen und Kardiomyozyten in einer 3D-Umgebung. (2) es ermöglicht die Messung inotroper und chronotroper Effekte der neuronalen Stimulation über optogenetische Werkzeuge auf den menschliche Herzmuskel; (3) Da Gewebe separat erzeugt werden und nur zu einem verschmelzen dürfen, kann "Mix & Match" von Wildtyp- und mutierten iPSC-abgeleiteten Geweben verwendet werden, um den Beitrag von Zelltyp / Organoid zu einen bestimmten Krankheitsbild abzugrenzen.Das aktuelle Projekt hat folgende Ziele: (1) das innervierte Herzmodell im Detail zu charakterisieren; (2) Beweise für das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer neurokardialen Synapse zu erbringen, was bis jetzt noch umstritten ist; (3) den Neuronen-Kardiomyozyten-Crosstalk zu untersuchen, wobei der Schwerpunkt auf dem Nervenwachstumsfaktor liegt, einem Neurotrophin, das von Kardiomyozyten ausgeschüttet wird und eine wichtige Rolle bei der Entwicklung und bei Krankheiten spielt.Obwohl Tiermodelle für die Forschung unverzichtbar sind, glauben wir, dass komplexe menschliche In-vitro-Modelle neue Möglichkeiten für Medikamententeste und personalisierte Arzneimittel bieten werden Daher hoffen wir, dass in Zukunft gezieltere Ansätze, die in In-vitro-Modellen als i-EHM erfolgreich getestet wurden, in Tiermodellen erprobt werden, wodurch die Zahl der Versuchstiere reduziert wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen