Den Wissenschaftlern unter Leitung von Prof. Raimondo Ascione ist es gelungen, CD 133+ Stammzellen aus dem Nabelschnurblut um das sechsfache zu vermehren und diese anschließend in Herzmuskelzellen  zu differenzieren. Dazu separierten sie zunächst die CD 133+ aus dem Nabelschnurblut. Diese wurden sechs Tage lang in einem neu entwickelten Kulturmedium expandiert. In den folgenden vier Wochen differenzierten sich diese Zellen in eine herzmuskelzell-ähnliche Zelllinie.

Die neue Methode ist nach Aussage von Ascione sicher: „Sie wird uns erlauben, diese Zellen stabil zu manipulieren, um ein besseres Zell-Homing und eine bessere Reparatur des Herzens zu erreichen.“ Die britische Studie ist in der aktuellen Ausgabe renommierten Fachzeitschrift „Stem Cell Reviews and Reports“ erschienen.

Etwa 280.000 Menschen in Deutschland erleiden jedes Jahr einen Herzinfarkt, etwa 80% der Patienten überleben diesen dank verbesserter Sofortmaßnahmen zur Wiederherstellung der Durchblutung der Herzkranzgefäße. Dennoch sind sie im Anschluss in der Regel auf Medikamente angewiesen, bei großen Infarkten ist die Pumpleistung des Herzens geschwächt.

Die Gabe von Stammzellen soll die Pumpleistung des Herzens weitestgehend wiederherstellen. Seit 2007 haben an der Universität Bristol 31 Patienten nach einem Herzinfarkt Stammzellen, die aus ihrem eigenen Knochenmark entnommen worden waren, während einer Bypass-Operation direkt in den geschädigten Herzmuskel erhalten. Diese Stammzellen sind jedoch aufgrund des Alters der Patienten vermutlich weniger wirksam. Stammzellen aus dem Nabelschnurblut hingegen weisen aufgrund ihrer Jugendlichkeit offenbar ein größeres Regenerationspotential auf.

Quellen:
stemcellgateway.net
Universität Bristol

Foto: University of Bristol

Wissenschaftler aus Rostock forschen seit geraumer Zeit an einer neuem Therapieansatz zur Behandlung von Herzkrankheiten. Mit Hilfe beispielsweise aus Nabelschnurblut gewonnener Stammzellen könnte zerstörtes oder beschädigtes Herzgewebe nachwachsen. In den ersten Forschungsphasen konnten bereits erste Erfolge verzeichnet werden. Prof. Gustav Steinhoff, Direktor der Klinik und Poliklinik für Herzchirurgie der Universität Rostock bestätigt, ”dass menschliche Stammzellen tatsächlich an der Regeneration von Herzen beteiligt sind, die durch Infarkte in ihrer Funktion beeinträchtigt waren.”

Heute schätzt Prof. Steinhoff, dass die Forschung noch etwa drei Jahre benötigen wird, ehe die Stammzelltherapie bei Herzkrankheiten zur Standardtherapie werden wird. Um das Gewebewachstum des Herzens zu fördern, muss eine hohe Konzentration von körpereigenen Stammzellen direkt in den Herzmuskel gespritzt werden. Nach wenigen Wochen würden diese dann ins Gewebe einwachsen. Mit dieser Methode könnten zum Beispiel Menschen, die an chronischen Durchblutungsstörungen infolge eines Herzinfaktes leiden, behandelt werden.

Die Rostocker Wissenschaftler bereiten derzeit Phase drei der Prüfung dieses Therapieansatzes vor. Während die Stammzelltherapie bisher in puncto Wirkung, Nebenwirkungen und Dosierung untersucht wurde, gilt es nun Fragen der Lebensqualität und der Lebenserwartung bei den Patienten zu prüfen. Die Herzchirurgen sind überzeugt, dass die Patienten, die mit dieser Methode behandelt wurden, belastbarer sein werden und sich somit auch die Lebensqualität verbessern wird.

Für die Wissenschaft bedeutet dies auch weiterhin in puncto Nabelschnurblut zu forschen. Durch die auf diese Weise gewonnenen Stammzellen könnten künftig risikoreiche Transplantationen vermieden werden.

Sie simulieren im Rahmen Ihrer Forschung  im Schafmodell angeborene Herzfehler. Wie funktioniert das? Und sind Ihre Erkenntnisse auch auf den Menschen übertragbar?
Einige Säuglinge weisen angeborene Herzfehler auf und müssen sich in ihren ersten Lebensmonaten vielen Operationen unterziehen. Wir testen am Tiermodell, in diesem Fall mit Schafen, ob eine Stammzelltherapie auch hier möglich ist. Dazu entnehmen wir bei Schafen Nabelschnurblut, rufen später in diesen Schafen einen künstlichen Herzfehler hervor und injizieren das Stammzellpräparat, das aus dem Nabelschnurblut gewonnen wurde. Wir konnten erste, sehr positive Effekte in dem Tiermodell feststellen. Da wir das Modell von Anfang an so angelegt haben, dass der menschliche Herzfehler sehr gut simuliert wurde, schätzen wir die Übertragbarkeit auf den Menschen als sehr hoch ein.

Wann wird diese Therapie beim Menschen möglich?
Wir befinden uns hier erst am Anfang. Aber ich bin mir sicher, dass eine Therapie in diesen Fällen in den nächsten fünf Jahren in den ersten klinischen Studien angewendet wird.

Wie könnte eine Therapie mit Nabelschnurblut bei Säuglingen mit angeborenem Herzfehler aussehen?
Viele Herzfehler können schon vor der Geburt festgestellt werden. Bei der Geburt würde dann das Nabelschnurblut einfach entnommen und konserviert und die darin enthaltenen Stammzellen anschließend zur Therapie eingesetzt.

Die Anwendung von Stammzellen bei Herzinfarktpatienten beruht auf Ihren Forschungsergebnissen zum Fließverhalten der Zellen. Was konnten Sie dabei beobachten?
Die Funktionsweisen von Stammzellen im Körper standen von Anfang an im Fokus unseres Interesses. Wir wollten wissen, wie sich Stammzellen entwickeln und unter welchen Bedingungen. Eine Frage war dabei, woher Stammzellen wissen, dass sie an bestimmten Stellen zur Regeneration gebraucht werden. Um die Bedingungen der Anlagerung von Stammzellen an einem knochenmarksfernen Gewebe zu untersuchen, haben wir im Tierexperiment Stammzellen in ein intaktes Gefäßgebiet eingespritzt. Dabei konnten wir beobachten, dass Stammzellen zuerst ihre Strömungsgeschwindigkeit verlangsamen, wenn sie in ein entsprechendes Gewebegebiet gelangen. Sie ”kriechen” regelrecht an der Gefäßwand entlang. Wenn alle Bedingungen erfüllt sind, wird die Zelle festgehalten und schlüpft in das Gewebe. Dort entfaltet sie dann ihr ganzes Potenzial.

Welche Darstellungsmethoden nutzen Sie hierfür?
Der Blutstrom wird durch einen fluoreszierenden Farbstoff dargestellt, den wir ins Blut geben. Die Stammzellen werden mit einem anderen Farbstoff markiert, so dass sie leuchten. Somit kann man die Zellen und den Blutstrom – und damit alle Gefäße in diesem Gebiet -  mit der intravitalen Mikroskopie in sehr starker Vergrößerung ansehen. Intravital heißt in diesem Zusammenhang, dass das Tier unter Narkose gestellt wird und wir so die Vorgänge im lebenden Organismus sehr detailliert beobachten können. Indem wir an diesen Stellen die Bedingungen variieren, erhalten wir Erkenntnisse der Stammzellinteraktionen.

Sie sprechen in Ihren Forschungsarbeiten auch von ”Stammzell-Homing”. Was ist darunter zu verstehen?
Mit dem Begriff wird ausgedrückt, dass eine Stammzelle ”nach Hause” will. Im Normalfall ist das ”Zuhause” für eine Stammzelle das Knochenmark. Treten an verletzten Geweben bestimmte Bedingungen auf, sind auch hier alle Faktoren für ”Zuhause” erfüllt und die Stammzelle lagert sich an. Wir kennen die Bedingungen mittlerweile ziemlich gut und wissen, dass es sich dabei um bestimmte Proteine und Entzündungsreaktionen handelt.

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In der Forschungsgruppe um Dr. Alexander Kaminski von der Universitätsklinik Rostock konnten mit Zellmaterial aus Nabelschnurblut die ersten Erfolge in der Stammzelltherapie erzielt werden. Die Wissenschaftler arbeiten daran, die Pumpleistung des Herzens nach einem Herzinfarkt zu verbessern. Im Tierexperiment nutzten sie dafür die vielversprechenden Nabelschnurblut- Stammzellen. Im Interview geht der Herzchirurg und Forscher näher auf seine Arbeit ein.

Welche Funktionen haben Stammzellen im menschlichen Körper?
Stammzellen dienen der Regeneration von Geweben und Organen, indem sie sich zu spezifischen Zellen entwickeln können. Darüber hinaus besitzen sie die Fähigkeit, durch Zellteilung wieder neue Stammzellen hervor zu bringen.

Wie konnten Sie nachweisen, dass die Stammzellen für die verbesserte Pumpleistung verantwortlich sind?
Es gab neben den Patienten, die eine Injektion mit Stammzellen erhalten haben, auch eine Kontrollgruppe, die nicht mit Stammzellen therapiert wurde. Die beiden Gruppen haben sich nach der Behandlung bezüglich der Durchblutung der Region und der Pumpfunktion des Herzens deutlich voneinander unterschieden. Die abschließende Sicherheit, dass die beobachteten Effekte auf die Stammzellen zurück zu führen sind, werden Vergleichsstudien bringen, bei denen den Patienten ein Placebo gespritzt wird.

Was genau tut die Stammzelle an der betreffenden Region im Herzen?
Wir geben der Stammzelle durch die Injektion den Platz vor, an dem sie ihr Potenzial entfalten soll. Dazu braucht sie bestimmte Signale. Einfach gesagt, braucht die Stammzelle am Herzen das Signal ”hier ist zu wenig Durchblutung”. Nach unseren bisherigen Erkenntnissen entwickeln sich die Stammzellen dann zu Blutgefässen. Dass sich tatsächlich auch neue Muskelzellen bilden, können wir derzeit aus unseren Daten nicht wissenschaftlich belegen. Daher müssen wir bei der Auswahl der Patienten darauf achten, dass bei ihnen eine Durchblutungsstörung am Herzen vorliegt.

Sie setzen bei Ihrer Therapie ausschließlich körpereigene Stammzellen ein. Warum?
Körpereigene Stammzellen werden von den Patienten sehr gut toleriert. Das Immunsystem stößt sie nicht ab. Dadurch können Transplantationen durchgeführt werden, ohne dass zusätzlich das Immunsystem gehemmt werden muss. Ein weiterer Vorteil bei körpereigenem Material ist die Organisation der Transplantation: Zwischen der Entnahme und der Transplantation liegen meist nur wenige Stunden und die Zellen sind schon ”vor Ort”.

Wie viele Patienten haben Sie mit dieser Methode schon behandelt?
Bei 130 Patienten waren die Kriterien für eine Therapie mit Stammzellen vorhanden. 40 von ihnen dienten als Kontrollgruppe. Bei den restlichen 90 haben wir die Stammzellpräparate injiziert. Bei uns ist die Therapie mit Stammzellen nach einem Herzinfarkt also wirklich schon klinischer Alltag. Seit 2001 liegen uns dazu Ergebnisse vor. Die Krankenkassen vertrauen unserer Therapie und bezahlen die Behandlung.

Sie sprechen Kriterien an, die ein Patient erfüllen muss, damit er für die Therapie mit Stammzellen in Frage kommt. Welche sind das?
Patienten sollten eine durchblutungsbedingte Herzkrankheit haben, unter 80 Jahre alt sein und nicht an einer Virusinfektion oder einem Tumor leiden. Denn der Marker, der sich auf den von uns gesuchten Stammzellen befindet, ist auch auf einigen Tumorzellen. Hier könnte es zu einer künstlichen Verschleppung der Krebszellen aus dem Knochenmark in das Herz kommen, was natürlich unserem Anliegen völlig zuwider laufen würde.

Gibt es neben der Universität Rostock andere Kliniken, die diese Therapie anwenden?
Ja, es gibt weltweit einige Kliniken, die eine solche Therapie durchführen. Der Patient sollte sich aber vorher genau informieren, welchen Zelltyp er transplantiert bekommt und auf welchem Wege sie an die betreffende Stelle gelangen – in diesen Punkten unterschieden sich die einzelnen Kliniken.

Welche Visionen haben Sie als Arzt in Bezug auf Stammzellanwendungen der Zukunft?
Ich finde es nicht gut, wenn in diesem Zusammenhang von einer ”Wunderwaffe” gesprochen wird. Es ist wichtig, realistisch zu bleiben. Aber ich glaube daran, dass wir eines Tages alle Faktoren für eine positive Stammzellentwicklung kennen und uns diese dann zu Nutze machen können. Der beste Ansatz ist immer, wenn sich Vorgänge im Körper zum Vorbild genommen werden. Wir sollten diese nicht grundlegend verändern. Aber wenn wir sie verstanden haben, können wir sie so beeinflussen, dass von uns gewünschte Effekte auftreten.

Das Interview als Druckversion finden Sie hier.

Wo im menschlichen Körper befinden sich Stammzellen?
Stammzellen – also auch die aus Nabelschnurblut – sind prinzipiell überall im Körper vorhanden, auch im Nabelschnurblut von Neugeborenen. Der größte Stammzellpool befindet sich im Knochenmark. Von dort aus werden sie an die Stellen im Körper entsendet, an denen sie gebraucht werden. Die Signale, die zu der Aussendung führen, sind uns größtenteils bekannt, jedoch kennen wir noch nicht alle Details dieses Mechanismus. Wir konnten jedoch feststellen, dass sich direkt am menschlichen Herzen Stammzellen befinden, die nicht aus dem Knochenmark kommen und die am Herzen verweilen.

Sie verwenden Stammzellen, die auch im Nabelschnurblut enthalten sind, zur Behandlung von Herzinfarktpatienten. Wie muss man sich das vorstellen? Wenn ein Mensch einen Herzinfarkt erleidet, hat er eine Region im Herzen, die nicht mehr durchblutet wird. Ein Teil dieses Herzgewebes ist abgestorben und in der Randzone gibt es einen Teil, der sich in einem so genannten ”Winterschlaf” befindet. Die Randgebiete werden noch durchblutet, aber dieser Teil des Herzmuskels ist nicht mehr in der Lage, mit zu pumpen. Durch die geringere Pumpleistung ist die Lebensqualität des Patienten stark eingeschränkt. Bei den betroffenen Patienten haben wir Knochenmark (Anm.: aus Nabelschnurblut lassen sich auch Stammzellen separieren) aus ihrem Beckenknochen entnommen und daraus etwa fünf bis zehn Millionen Stammzellen separiert. Das Stammzellpräparat wurde dem Erkrankten dann im Rahmen einer Herzoperation wieder in die Region am Herzen injiziert, die sich im ”Winterschlaf” befindet.

Welche Ergebnisse konnten Sie mit dieser Therapie erzielen?
Wir konnten bei zwei Dritteln der Therapierten eine Verbesserung der Pumpfunktion beobachten. Die Region, die im ”Winterschlaf” lag, wurde deutlich besser durchblutet.

Sie sagten, am Herzen sind ganz natürlich bereits Stammzellen vorhanden. Warum treten diese nicht in Kraft? Das ist richtig, am Herzen befinden sich Stammzellen, aber nur in einer sehr geringen Anzahl. Wir können diese Zellen nachweisen, aber noch nicht gewinnen. Denn dazu müsste dem Patienten Herzmaterial entnommen werden, aus dem anschließend Stammzellen separiert werden, was bei einem lebenden Organismus einfach nicht möglich ist. Aber als wir zu Forschungszwecken Herzen untersucht haben, konnten wir feststellen, dass die Stammzellen am Herzengewebe den Marker tragen, den wir auch bei der Injektion einsetzen. Marker sind Rezeptoren. Sie befinden sich an der Oberfläche von Körperzellen. Durch die Rezeptoren können sie mit Geweben und anderen Zellen interagieren. Marker sind für unterschiedliche Zellarten typisch ausgeprägt. Auch bei den unterschiedlichen Stammzellentypen gibt es unterschiedliche Marker. Der Marker, der uns interessiert, ist der Marker CD133.

Was ist das Besondere an den Zellen mit dem CD133 Marker?
Wir konnten einen Zusammenhang zwischen diesem spezifischen Marker und bestimmten Eigenschaften nachweisen: Diese Stammzellen können sich in eine Blutzelle aber auch zu gewebetypischen Zellen entwickeln – das macht sie für uns so interessant. Ein weiterer Grund, warum wir diese Zellen verwenden, ist die langjährige Erfahrung, die es im klinischen Bereich dazu gibt. Denn bei der Knochenmarktransplantation oder bei Bluterkrankungen werden diese Stammzellen verwendet. Stammzellen mit dem Marker cd 133 weisen für uns daher einen hohen Grad an Sicherheit und Effektivität auf.

Finden sich im Nabelschnurblut Stammzellen mit diesem Marker? Ist die Therapie bei Herzinfarktpatienten auch mit Stammzellen aus Nabelschnurblut denkbar?
Ja, diese Zellen konnten wir auch im Nabelschnurblut nachweisen. Sie sind im Tierexperiment auch schon mit Erfolg angewendet worden. Unsere ersten Veröffentlichungen zum Thema Stammzelltherapie stützten sich genau auf das Zellmaterial, das aus Nabelschnurblut gewonnen wurde. Eine routinemäßige Anwendung von Stammzellen aus Nabelschnurblut beim Menschen findet aber noch nicht statt. Denn die Patienten, die wir behandeln, sind über 50 Jahre alt und können natürlich nicht auf solche Reserven zurückgreifen. Generell kann aber gesagt werden, dass sich die Nabelschnurblut-Stammzellen sehr gut eignen, da wir die regenerative Potenz etwas höher einschätzen, als von denen aus Knochenmark.

Sie sind Herzchirurg: Was war für Sie der ausschlaggebende Punkt, sich mit Stammzellen zu beschäftigen? Das Interesse für die Therapie mit Stammzellen hat sich für mich aus den Grenzen, die sich uns täglich bieten und aus den Möglichkeiten, die sich in den letzten Jahren ergeben haben, entwickelt. In der Herzchirurgie kommt ein Arzt mit seinen technischen Methoden oftmals nicht weiter. Da wir es jedoch mit Gewebe zu tun haben, stellt die Zelltherapie eine enorme Hoffnung dar, über die Grenzen der Chirurgie hinweg zu gehen. Ich wollte beide Bereiche in meiner Person vereinen. Dazu habe ich Methoden gelernt, wie Stammzellen gewonnen und präpariert werden können.

Das Interview in der Druckversion finden Sie hier.