Mit Nanopartikel-Tandems gegen den Herzinfarkt

Wie lässt sich nach einem Herzinfarkt geschädigtes Gewebe am besten mit Ersatzmuskelzellen behandeln? Ein Forscherteam unter Leitung der Universität Bonn stellt nun an Mäusen ein innovatives Verfahren vor: Muskelersatzzellen, die die Funktion des geschädigten Gewebes übernehmen sollen, werden mit Magnetischen Nanopartikeln beladen. Diese Nanopartikel-beladenen Zellen werden dann in den geschädigten Herzmuskel gespritzt und von einem Magneten an Ort und Stelle gehalten, weshalb die Zellen besser anwachsen. Die Wissenschaftler weisen am Tiermodell nach, dass sich die Herzfunktion dadurch deutlich verbessert. Das Fachjournal „Biomaterials“ stellt vorab online die Ergebnisse vor, die Druckfassung erscheint demnächst.

Beim Herzinfarkt kommt es meist durch Gerinnsel zu anhaltenden Durchblutungsstörungen von Teilen des Herzmuskels, in der Folge sterben Herzmuskelzellen ab. Schon seit längerem wird versucht, das geschädigte Herzgewebe durch Ersatzzellen zu revitalisieren. „Allerdings werden die Zellen beim Injizieren zu einem Großteil wegen der Pumptätigkeit des schlagenden Herzens durch den Stichkanal wieder herausgedrückt“, sagt Prof. Dr. Wilhelm Röll von der Klinik für Herzchirurgie des Universitätsklinikums Bonn. Deshalb verbleiben nur wenige Ersatzzellen im Herzmuskel - und die Regeneration ist gering.

Mit einem interdisziplinären Team erprobte Prof. Röll einen innovativen Ansatz, wie die injizierten Ersatzzellen besser am gewünschten Ort verbleiben und dort im Herzgewebe anwachsen. Die Experimente wurden an Mäusen durchgeführt, die zuvor einen Herzinfarkt erlitten hatten. Um die aus fötalen Mausherzen oder Mausstammzellen gewonnenen Herzmuskel-Ersatzzellen besser verfolgen zu können, wurden sie mit einem Fluoreszenzfarbstoff versetzt. Diese leuchtenden Ersatzzellen wurden mit winzigen magnetischen Nanopartikel beladen und mit einer feinen Kanüle in das geschädigte Herzgewebe der Mäuse injiziert.
Im Magnetfeld bleiben die Nanopartikel-Ersatzzellen an Ort und Stelle
Bei einem Teil der so behandelten Nager sorgte ein Magnet im Abstand von wenigen Millimetern dafür, dass ein Großteil der Nanopartikel mit den Ersatzzellen am gewünschten Ort verblieben. „Ohne Magnet hafteten etwa ein Viertel der zugefügten Zellen im Herzgewebe, mit waren es rund 60 Prozent“, berichtet Dr. Annika Ottersbach, die während der Untersuchungen Doktorandin in Prof. Rölls Team war. Zehn Minuten unter dem Einfluss des Magnetfeldes reichten bereits aus, um einen erheblichen Anteil der Nanopartikel-beladenen Ersatzzellen am Zielort festzuhalten. Auch Tage nach dem Eingriff verblieben die injizierten Zellen und wuchsen allmählich an.

„Das ist erstaunlich, zumal das Infarktgewebe mangels Durchblutung relativ unterversorgt ist“, sagt Prof. Röll. Unter dem Einfluss des Magneten starben die Ersatzzellen nicht so häufig, wuchsen besser an und vermehrten sich stärker. Die Forscher untersuchten die Gründe für das bessere Wachstum: Es zeigte sich, dass diese implantierten Herzmuskelzellen dichter gepackt waren und durch den intensiveren Zell-Zell-Kontakt besser überleben konnten. Darüber hinaus war in diesen Ersatzzellen die Genaktivität vieler Überlebensfunktionen – wie etwa für die Zellatmung – höher als ohne Magnet.

Die Forscher wiesen auch nach, dass sich die Herzfunktion bei den mit Nanopartikel-Muskelzellen in Kombination mit Magnet behandelten Mäusen deutlich verbesserte. „Nach zwei Wochen hatten sieben Mal so viele Ersatzzellen überlebt und nach zwei Monaten vier Mal so viele wie mit der herkömmlichen Implantationstechnik“, berichtet Prof. Röll. Angesichts der Lebensspanne der Mäuse von maximal zwei Jahren sei dies eine erstaunlich dauerhafte Wirkung.

In der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Forschergruppe 917 „Nanoparticle-based targeting of gene- and cell-based therapies“ arbeiteten die unterschiedlichsten Disziplinen von der Medizin über die Physik und Ingenieurwissenschaft bis hin zur Biologie zusammen. „Dieser interdisziplinäre Ansatz erlaubte das ungewöhnlich breite Spektrum und die Tiefe der Untersuchungen“, sagt Prof. Röll. Die Wissenschaftler sind davon überzeugt, dass sich diese Technologie potenziell auch auf den Menschen übertragen lässt. Prof. Röll: „Bis zur möglichen klinischen Anwendung ist es aber noch ein langer Weg, der weitere intensive Forschung erfordert.“

Um die aus fötalen Mausherzen oder Mausstammzellen gewonnenen Herzmuskel-Ersatzzellen besser verfolgen zu können, wurden sie mit einem Fluoreszenzfarbstoff versetzt. Diese leuchtenden Ersatzzellen wurden mit winzigen magnetischen Nanopartikel beladen und mit einer feinen Kanüle in das geschädigte Herzgewebe der Mäuse injiziert.

Bei einem Teil der so behandelten Nager sorgte ein Magnet im Abstand von wenigen Millimetern dafür, dass ein Großteil der Nanopartikel mit den Ersatzzellen am gewünschten Ort verblieben. "Ohne Magnet hafteten etwa ein Viertel der zugefügten Zellen im Herzgewebe, mit waren es rund 60 Prozent", berichtet Dr. Annika Ottersbach, die während der Untersuchungen Doktorandin in Rölls Team war. Zehn Minuten unter dem Einfluss des Magnetfeldes reichten bereits aus, um einen erheblichen Anteil der Nanopartikel-beladenen Ersatzzellen am Zielort festzuhalten. Auch Tage nach dem Eingriff verblieben die injizierten Zellen und wuchsen allmählich an.

"Das ist erstaunlich, zumal das Infarktgewebe mangels Durchblutung relativ unterversorgt ist", sagt Röll. Unter dem Einfluss des Magneten starben die Ersatzzellen nicht so häufig, wuchsen besser an und vermehrten sich stärker. Die Forscher untersuchten die Gründe für das bessere Wachstum: Es zeigte sich, dass diese implantierten Herzmuskelzellen dichter gepackt waren und durch den intensiveren Zell-Zell-Kontakt besser überleben konnten. Darüber hinaus war in diesen Ersatzzellen die Genaktivität vieler Überlebensfunktionen – wie etwa für die Zellatmung – höher als ohne Magnet.

Die Forscher wiesen auch nach, dass sich die Herzfunktion bei den mit Nanopartikel-Muskelzellen in Kombination mit Magnet behandelten Mäusen deutlich verbesserte. "Nach zwei Wochen hatten sieben Mal so viele Ersatzzellen überlebt und nach zwei Monaten vier Mal so viele wie mit der herkömmlichen Implantationstechnik", berichtet Röll. Angesichts der Lebensspanne der Mäuse von maximal zwei Jahren sei dies eine erstaunlich dauerhafte Wirkung.

(Quelle: Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn)

Pressemitteilung
 
 

Neuigkeiten



Software in der Medizin: Anforderungen und Best Practice
Frankfurt am Main, 28. Februar 2018 ...mehr

Medical Devices Meetings 2018
B2B-Plattform für die Medizintechnik-Industrie in Stuttgart, 07.+08. März 2018 ...mehr

MT-CONNECT und MedTech Summit 2018
Internationale Messe für Zulieferer- und Herstellungsbereiche der Medizintechnik, 11.+12. April 2017 ...mehr

PerMediCon 2018: Kongressmesse zur personalisierten Medizin
Schwerpunkt: Genomische Medizin, 18. und 19. April 2018 in Köln ...mehr

Unternehmertreffen NRW – Japan 2018: High-Tech in Krankenhäusern
Fraunhofer-inHaus-Zentrum, Duisburg ...mehr


VIP- und BMBF-Förderung für biohybride Implantate
1,5 Millionen Euro Förderung für die präklinische Validierung eines biohybriden Atemwegsstents gehen nach Aachen ...mehr

150.000 Euro für die Kinderherz-Forschung
Die Stiftung KinderHerz Deutschland hat den „KinderHerz-Innovationspreis NRW 2018“ ausgeschrieben. ...mehr

DAK-Digitalisierungsreport 2018: So denken Ärzte über E-Health-Lösungen
Ergebnis: Mediziner befürworten digitale Lösungen im Gesundheitssektor ...mehr

GKV-Spitzenverband nimmt Exoskelett ins Hilfsmittel­verzeichnis auf
System ermöglicht Paraplegikern das selbstständige Stehen und Laufen ...mehr

Wenn Roboter Gefühle erkennen
Systeme mit Emotionserkennung können Menschen besser verstehen ...mehr

Land unterstützt neues Cancer Center Cologne Essen
Entwicklungssprung für die Krebsmedizin ...mehr

Arzneimittelkonto NRW: In Wuppertal startet der Echtbetrieb
Projekt bindet Ärzte, Apotheker, Pflegeeinrichtungen und Patienten in das Medikationsmanagement ein ...mehr

Netzwerk Organspende NRW startet Informationsoffensive
Initiative von Selbsthilfeorganisationen aus den Bereichen Organspende und Transplantation startet Aufklärungskampagne ...mehr

Häufigster Zusatznutzen bei Krebstherapien
Institut für Qualität und Wirtschaftlichkeit im Gesundheitswesen (IQWiG) legt Bilanz seiner bisherigen Arbeit vor ...mehr

Preis für Patientensicherheit in der Medizintechnik: Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses
Bewerbungsschluss ist der 30. April 2018 ...mehr


Förderung von Vorhaben der strategischen Projektförderung mit der Republik Korea unter der Beteiligung von Wirtschaft und Wissenschaft im Bereich Robotik
Einreichungsfrist: 30.04.2018 ...mehr

Förderung der Intensivierung der Zusammenarbeit mit Polen: "Deutsch-Polnische Kooperation zum Technologietransfer in der Digitalen Wirtschaft (DPT)"
Einreichungsfrist: 19.04.2018 ...mehr

Richtlinie zur Förderung von transferorientierter Versorgungsforschung – Forschung und Ergebnistransfer für eine bedarfsorientierte Rehabilitation
Abgabetermin: 19.04.2018 ...mehr

Richtlinie zur Fördermaßnahme "Gründungen: Innovative Start-ups für Mensch-Technik-Interaktion"
Bewerbungsschluss: 15.04.2018 ...mehr

Richtlinie zur Fördermaßnahme "Computational Life Sciences"
Einreichungsfrist: 12.04.2018 ...mehr

Förderung von Projekten zum Thema „Bildgeführte Diagnostik und Therapie – Neue Wege in der Intervention“
Einreichungsfrist: 30.03.2018 ...mehr

Förderung von transnationalen Forschungsprojekten für Nachwuchswissenschaftler im Rahmen des ERA-Netzes zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen (ERA-NET CVD)
Einreichungsfrist: 15.03.2018 ...mehr