Implantation von Stammzell-abgeleiteten Herzmuskelzellen mit chemogenetischem Aus-An-Schalter zur Optimierung der Remuskularisation und zur Verhinderung von Transplantations-induzierten Arrhythmien

• Antragsteller: Dr. Florian Weinberger
• Fachliche Zuordnung: Kardiologie, Angiologie ; Pharmakologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 519663780

Herzkreislauferkrankungen sind die häufigste Todesursache der Welt. Zugrunde liegt häufig der Verlust von Herzmuskelzellen im Rahmen einer ischämischen Herzerkrankung. Moderne Therapien haben zu einer deutlichen Prognoseverbessserung geführt, können jedoch den Verlust von Herzmuskelzellen nicht rückgängig machen. Die Transplantation von stammzell-abgeleiteten Herzmuskelzellen ist ein neuartiger regenerativer Therapieansatz und hat in präklinischen Studien vielversprechende Ergebnisse gezeigt. Erste klinische Studien haben begonnen. Das Ziel des hier beantragten Projekts ist die Verbesserung eines stammzell-basierten Therapiekonzeptes. Zwei Probleme für eine klinische Anwendung sollen hierbei mittels chemogenetisch inaktivierbarer Herzmuskelzellen adressiert werden: 1. Die geringe Transplantationseffizienz 2. Die Transplantations-induzierten Arrhythmien Unserer Hypothese ist, dass die Transplantation von genetisch veränderten Herzmuskelzellen mit Aus-An-Schalter zu größeren Grafts im Vergleich zu Wildtypzellen führt und die Entstehung von Transplantat-induzierten Arrhythmien unterdrückt. Diese Hypothese beruht auf in vitro Experimenten mit stammzell-abgeleiteten Herzmuskelzellen mit einem Aus-An-Schalter. Zur Herstellung des Aus-An-Schalters wurde ein sogenanntes Pharmacologically Selective Actuator Modul (PSAM), bestehend aus der Ionenporendomäne des Glycinrezeptors und einer modifizierten Ligandenbindungsdomäne des nikotinergen Acetycholinrezeptors, in den AAVS1 Lokus von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen eingebracht. Diese Herzmuskelzellen konnten durch eine kleinmolekulare Substanz (PSEM89S) reversibel gestoppt werden. Künstliches Herzgewebe (sogenanntes Engineered Heart Tissue, EHTs) aus diesen Zellen, welches durch Zugabe von PSAM89S gestoppt wurde, entwickelte sich morphologisch ähnlich wie regelhaft schlagende EHTs. Nach Aktivierung, d.h. Auswaschen der Substrats begannen die PSAM-EHTs zu schlagen und entwickelten innerhalb kurzer Zeit die gleiche Kraft wie EHTs, die sich normal kontrahierend entwickelt hatten. Nach der Transplantation von stammzell-abgeleiteten Herzmuskellzellen kam es in Großtiermodellen regelhaft zum Auftreten von ventrikulären Arrhythmien. Diese traten in den ersten Wochen nach der Transplantation auf und sind auf die Unreife der transplantierten Zellen zurückzuführen. Nach Reifung der Zellen sistierten die Arrhythmien. Daraus folgt die Hypothese, dass es möglich ist, die kritische Phase nach der Transplantation durch eine elektrische Inaktivierung der Zellen zu überbrücken, während der die Zellen reifen können. Gleichzeitig wurde gezeigt, dass die Transplantation von Kardiomyozten, die nicht schlagen können, zu größeren Grafts führte. Hieraus folgt die zweite Hypothese: Die Transplantation der inaktivierten Kardiomyozyten resultiert in größeren Grafts. Um diese Hypothesen zu untersuchen soll eine neue Stammzell-Linie, mit einem für den Einsatz in vivo optimierten Aus-An-Schalter, eingesetzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen