Chinas laborgewachsenes Herzorganoid könnte Schrittmacher ersetzen

Wenn der Sinusknoten ausfällt, kann das Herz zu langsam schlagen oder sogar kurzzeitig stehen bleiben, was den Blutfluss unterbricht und ernsthafte Gesundheitsrisiken birgt.

In den schwersten Fällen kann der Ausfall dieser kritischen Steuerzentrale lebensbedrohlich werden und den Einsatz künstlicher Schrittmacher oder einer Notfallmedizinischen Intervention erfordern.

Biologischer Schrittmacher aus geschlagenem Herzzellgewebe, gekoppelt mit einem künstlichen Nervennetz: Ein Forscherteam in Shanghai hat einen im Labor gezüchteten biologischen Schrittmacher entwickelt, der das natürliche Rhythmuskontrollsystem des Herzens nachbilden soll.

Was die Studie zeigt

Durch die Arbeit mit menschlichen pluripotenten Stammzellen, die sich in viele verschiedene Gewebetypen umwandeln können, haben die Forscher ein dreidimensionales Sinusknoten-Organoid entwickelt, das elektrische Impulse erzeugen kann, berichtete die South China Morning Post.

Um das System realistischer zu gestalten, verbanden das Team das Organoid mit einem künstlichen kardialen Plexus, einem Nervennetzwerk in der Nähe der Herzspitze, das zur Regulation der Herzschlagaktivität beiträgt.

Diese Leistung ermöglichte es den Forschern, die Kommunikation zwischen dem Nervensystem und dem Herzen nachzubilden und damit neue Wege für die Erforschung örungen zu eröffnen sowie zukünftige Therapien zu entwickeln, die den Bedarf an elektronischen Schrittmachern verringern könnten.

Was die Studie zeigt

Die in der Zeitschrift Cell Stem Cell veröffentlichte Studie involvierte Wissenschaftler der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Fudan-Universität. Das Team konzentrierte sich auf den Sinusknoten, den winzigen Bereich des Herzens, der für die Steuerung des Herzrhythmus verantwortlich ist.

Obwohl diese Struktur eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung eines normalen Herzschlags spielt, ist sie für Wissenschaftler aufgrund ihrer geringen Größe und ihrer schwer zugänglichen Lage im Herzen schwer zu untersuchen.

Das Sinusknoten, das sich in der Nähe der rechten oberen Herzkammer und in der Nähe einer der größten Venen des Körpers befindet, ist in menschlichen Gewebeproben selten leicht zugänglich, was die Forschung zu seiner Funktionsweise und zur Entstehung damit verbundener Herzkrankheiten einschränkt.

Was die Studie zeigt

Wissenschaftler rekonstruieren menschliches Gewebe für den Herzrhythmus, da Tierversuche an ihre Grenzen stoßen. Studien an Tieren, insbesondere an Mäusen, haben Schwierigkeiten, die Funktionsweise des natürlichen Schrittmachers des menschlichen Herzens vollständig nachzubilden.

Aufgrund dieser Einschränkungen haben Wissenschaftler vermehrt auf im Labor gezüchtete Modelle des Sinusknotens zurückgegriffen, um Herzrhythmusstörungen besser zu verstehen und neue Behandlungsmöglichkeiten zu erforschen.

Eine Studie aus dem Jahr 2024 der SUNY Downstate Health Sciences University unterstrich das Potenzial solcher Modelle für die Erforschung biologischer Schrittmacher.

Technik und Auswirkungen

Auf dieser Grundlage haben Forscher in Shanghai humane pluripotente Stammzellen genutzt, um ein dreidimensionales Sinusknoten-Organoide zu erzeugen, indem sie Signale nachbildeten, die normalerweise während der frühen Embryonalentwicklung auftreten.

Das im Labor gezüchtete Gewebe war in der Lage, stabile und spontane Kontraktionen zu erzeugen und ähnelte dabei stark der Aktivität des natürlichen Herzschrittmachers.

Durch diesen Durchbruch konnten Wissenschaftler erstmals unter Laborbedingungen den vollständigen Prozess nachstellen, durch den das Herz elektrische Signale erzeugt und leitet, die seinen Rhythmus steuern.

Was die Studie zeigt

Die Forscher stellten fest, dass das im Labor gezüchtete Gewebe hinsichtlich der Genaktivität den menschlichen embryonalen Sinusknoten-Zellen sehr nahe kam und zudem korrekt auf Medikamente reagierte, die zur Regulation der Herzfrequenz eingesetzt werden.

Die Ergebnisse könnten den Weg für zukünftige biologische Schrittmacher ebnen, die auf transplantierte Zellen oder Organoide basieren und möglicherweise eine Alternative zu herkömmlichen elektronischen Geräten darstellen.

Herzschrittmacher, die elektrische Impulse zur Regulation des Herzschlags einsetzen, werden seit über 50 Jahren in der Medizin weit verbreitet eingesetzt und zählen weiterhin zu den häufigsten Therapien für Patienten mit gefährlichen Herzrhythmusstörungen oder unregelmäßigen Herzschlägen.