Auf dem Weg zum künstlichen Herzen: Forscher haben Zellen in einem dreidimensionalen Kunststoffgerüst zu funktionierenden Muskelfasern heranwachsen lassen – mithilfe eines speziellen Sprühverfahrens. Ihre Muskeln aus der Spraydose könnten künftig als „Tarnkappe“ für künstliche Herzen dienen und dabei helfen, Abstoßungsreaktionen zu vermeiden. Ziel sei es, für herzkranke Patienten ein persönliches Organ zu züchten, dass für die Körperabwehr unsichtbar bleibt, so die Wissenschaftler.
Millionen Menschen weltweit leben mit einem Herzfehler und warten auf eine lebensrettende Transplantation. Doch bis ein passendes Spenderherz gefunden wird, kann es lange dauern – für manche Patienten zu lange. Künstliche Herzpumpen können die Wartezeit bis zur Transplantation überbrücken. Doch das Immunsystem des Menschen erkennt diese Pumpen und wehrt sich.
Eine elegante Alternative wäre ein künstliches Organ, welches nach der Implantation keinerlei Abstoßungsreaktionen im Körper auslöst. An einer solchen Lösung arbeiten derzeit Lukas Weidenbacher von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) in St. Gallen und seine Kollegen. Sie wollen ein künstliches Herz kreieren, das ähnlich funktioniert wie das Vorbild aus der Natur und – einer Tarnkappe gleich – mit menschlichen Zellen umhüllt und ausgekleidet ist. Auf diese Weise soll gewährleistet werden, dass der Körper das Kunstherz annimmt.
Tarnkappe aus menschlichen Zellen
Eine wichtige Rolle für die Bio-Tarnkappe spielen mehrschichtig wachsende Muskelfasern, wie sie auch im natürlichen Herzen vorkommen. Denn sie sorgen für die nötige Stabilität und Flexibilität des stetig schlagenden Organs. Um solche Muskelfasern aus Zellen zu züchten, müssen diese zunächst in ein räumliches Gerüst eingebracht werden, in dem sie wachsen können.
„Zwar ist es theoretisch möglich, dreidimensionale Gebilde aus Kunststoff zu erzeugen, die dem menschlichen Gewebe stark ähneln – etwa durch das sogenannte Elektrospinning“, sagt Weidenbacher. Hierbei werden flüssige Polymere als hauchzarte Fäden in der Form natürlicher Gewebe versponnen. Schädliche Lösungsmittel, die für diese Methode nötig sind, seien jedoch Gift für die empfindlichen Zellen.
Geschützt und aufgesprüht
Das Team um Weidenbacher hat sich nun aber eine Lösung für dieses Problem ausgedacht: Die Wissenschaftler verpackten die kostbaren Zellen einfach in schützende Kapseln. Bei ihrem Versuch enthielt eine Hülle aus Gelatine jeweils ein bis zwei unreife Vorläufer-Muskelzellen von Mäusen, die so vor den Lösungsmitteln geschützt waren.
Ein spezielles Sprühverfahren ermöglichte es schließlich, die Kapseln in die Poren des gesponnenen Gerüsts einzubringen. „Das Sprayen überstehen die derart geschützten Zellen sehr gut“, berichtet Weidenbacher. Und haben sich die Zellen einmal am Zielort eingenistet, löst sich die gallertige Gelatinekapsel innerhalb von Minuten auf.
Funktionierende Muskelfasern
Offenbar gefiel es den Zellen in ihrem Kunststoff-Nest, wie die weiteren Beobachtungen zeigten. So begannen die Vorläuferzellen bald, miteinander zu verschmelzen und sich zu länglichen Muskelfasern zu entwickeln. Dabei produzierten sie Proteine, die typischerweise in natürlichem Muskelgewebe vorkommen.
Mit ihrem Verfahren sind die Wissenschaftler dem Traum vom künstlichen Herzen wieder einen Schritt näher gekommen. In Zukunft soll ihr Kunstherz mit Zellen bestückt werden, die vom Patienten selbst stammen. „So könnte für die Betroffenen ein persönliches Herz gezüchtet werden, dass für die Körperabwehr unsichtbar bleibt“, schließt das Team in einer Mitteilung. (Acta Biomaterialia, 2017; doi: 10.1016/j.actbio.2017.10.012)
(Empa – Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology, 08.11.2017 – DAL)
