FUNKTIONALE
FUNKTIONALE GEWEBEMODELLE Neue Materialien für die Herzgewebeersatztherapie Felix B. Engel, Erlangen In den letzten Jahrzehnten wurden große medizinische Fortschritte gemacht, die dazu geführt haben, dass die akute Sterberate nach einem Herzinfarkt deutlich reduziert wurde. Allerdings nimmt die Anzahl an Patienten mit einer eingeschränkten Herzfunktion stetig zu [1]. Heutige Therapien basieren darauf den Schaden am Herzen zu minimieren und die verbliebene Funktion zu stabilisieren. Eine Therapie, die den entstandenen Schaden umkehren kann, gibt es derzeit noch nicht. Daher ist es wichtig Technologien zu entwickeln, die es ermöglichen verlorenes Herzmuskelgewebe zu ersetzen. CONFERENCES Dazu gibt es eine Vielzahl von Ansätzen wie zum Beispiel die Herztransplantation, die Stammzelltherapie oder die Induktion von Herzmuskelzellproliferation. Allerdings stehen nicht genug Spenderherzen für die Transplantation zur Verfügung, und es bleibt unklar, ob die anderen genannten Ansätze trotz vielversprechender Daten zu einer wirksamen Therapie bei Herzinsuffizienz führen werden [2]. Ein aussichtsreicher Ansatz erscheint die Erzeugung von maßgeschneiderten funktionellen Herzgeweben ex vivo durch die Kombination von Zellen, Gerüststrukturen, biologisch aktiven Molekülen und physiologischen Reizen. Zimmermann und Mitarbeiter konnten 2006 nachweisen, dass die Transplantation von Herzmuskelzellen in einer Matrix die Herzfunktion nach einem Herzinfarkt bei immunsupprimierten Ratten signifikant ver- 34
FUNKTIONALE GEWEBEMODELLE bessern kann [3]. In nachfolgenden Studien wurde dies in Klein- und Großtiermodellen bestätigt. Darüber hinaus wurden erste klinische Studien durchgeführt, welche die generelle Durchführbarkeit und Sicherheit von Herzersatzgeweben zur Behandlung von Herzinsuffizienzpatienten zeigen [4, 5]. Dennoch ist das Feld noch ganz am Anfang, und es bleibt nachzuweisen, dass die Transplantation von Herzersatzgewebe in der Tat die Herzfunktion von Herzinsuffizienzpatienten verbessert. Probleme der Herzgewebeersatztherapie Ein breites Spektrum an biokompatiblen synthetischen und natürlichen Polymeren sowie deren Mischungen werden zurzeit für die Herzgewebeersatztherapie in Betracht gezogen. Ziel ist es ein Gerüst mit einer Architektur, Topografie, Porosität sowie physikochemischen und mechanischen Eigenschaften zu erzeugen, das dem Aufbau des menschlichen Herzens entspricht. Eine solche Komplexität ist in der Regel aber nur in der Abwesenheit von Zellen zu erreichen. Ein großer Nachteil dieses Ansatzes ist das Problem, die Gerüste nachträglich mit Zellen besiedeln zu müssen. Neben physikalischen Problemen der Besiedelung ist anzumerken, dass Herzmuskelzellen in der Regel weder proliferieren noch migrieren und daher nicht aktiv zur Besiedelung beitragen können. Aus diesem Grund wird intensiv nach neuen Materialien und Verfahren gesucht, um eine nachträgliche Besiedelung zu umgehen. Seidenproteine als Grundgerüst für Herzersatzgewebe Im Jahr 2012 konnten wir zeigen, dass Seidenproteine des Seidenspinners Antheraea mylitta für die Herzersatzgewebetherapie hervorragend Prof. Dr. rer. nat. Dipl. Ing. Felix B. Engel felix.engel@uk-erlangen.de geeignet sind [6]. Seidenproteine sind natürliche Produkte, die auch in Anwesenheit von Zellen zu verschiedenen Morphologien verarbeitet werden können wie Fasern, viskösen Gelen, porösen Schwämmen oder dünnen Filmen. Darüber hinaus weisen sie eine einzigartige mechanische Festigkeit und Biokompatibilität auf und werden vom Immunsystem toleriert. Jedoch ist die medizinische Anwendbarkeit eingeschränkt, da Antheraea mylitta in Gefangenschaft nicht effizient gezüchtet und daher sein Seidenfibroin nicht in großem Maßstab und mit gleichbleibender Qualität produziert werden kann. Zudem hängt die Qualität der Seide von einer Vielzahl von Variablen ab, die nicht kontrolliert werden können (z. B. Rohstoffqualität und Nährstoffaufnahme). Um diese Einschränkungen zu überwinden, haben wir in Kollaboration mit Prof. Scheibel von der Universität Bayreuth das Potenzial von Spinnenseidenproteinen untersucht, die reproduzierbar und in großen Mengen rekombinant in Bakterien hergestellt werden können und mit Zellen druckbar sind. Gemeinsam konnten wir zeigen, dass sich das im Labor konstruierte Seiden- CONFERENCES 35
