Herzkreislauferkrankungen sind global gesehen ein immenses Problem für unsere Gesellschaft. 18 Millionen Menschen versterben laut WHO Zahlen jährlich in Folge eine Herz-Kreislauf-Erkrankung, viele hundert Millionen Menschen sind von Herzschwäche betroffen, was nicht nur die Lebensqualität von Betroffenen schmälert, sondern auch die Gesundheitssysteme dieser Welt belastet. Doch auch bei Kindern zählen angeborene Herzdefekte zu den häufigsten genetischen Erkrankungen – der Großteil aller Früh- oder Fehlgeburten scheint mit fehlerhafter Herzentwicklung in Zusammenhang zu stehen.
Am IMBA forscht Gruppenleiter Sasha Mendjan und sein Team an der biologischen Entwicklung des Herzens, das am aufwendigsten konstruierten Organ des Menschen. Das langfristige Ziel ist, ein Herz-Modell aus Stammzellen im Labor zu züchten, um die noch ungeklärten Geheimnisse der Entwicklung des menschlichen Herzens zu entschlüsseln und neue Erkenntnisse über die geheimnisvollen Selbstheilungskräfte des Herzens zu gewinnen. Die ForscherInnen stehen kurz vor einem wichtigen Ziel: Dreidimensionale Herzmodelle aus menschlichen Stammzellen sollen den ForscherInnen ermöglichen, die sehr komplizierte Herzentwicklung und damit verbundene Krankheiten unter kontrollierten Bedingungen erforschen zu können.
Wie lässt man ein Herz-Organoid wachsen?
Eine neue Stammzell-Technologie, die am IMBA entwickelt wurde, ermöglicht nun nie dagewesene Einblicke in die menschliche Herzentwicklung: Pulsierende, kleine Herzmodelle aus Stammzellen wachsen in der Petrischale heran und spiegeln Prozesse wider, die im Zuge der Embryonalentwicklung passieren. Dabei kann man zusehen, wie sich aus wenigen Stammzellen eine herzähnliche Struktur mit verschiedensten Zelltypen, Herzkrangefäßen und Kammern ausbildet.
Das besondere an den Herz-Organoiden am IMBA: Im Gegensatz zu anderen Ansätzen, bei dem etwa ein Gerüst mit Herzmuskelzellen besiedelt wird, organisieren sich die IMBA Herz-Organoide eigenständig und spiegeln dabei sogar die molekulare Kommunikation unterschiedlicher Zelltypen während dieser Entwicklung wider. Gerade jene Signale unter den Zellen sind für die ForscherInnen in Hinblick auf Krankheitsentstehung am Herzen besonders interessant.
Viele Fragen des Herzens
Wann fängt ein Herz an zu schlagen? Woher wissen die Zellen während der Herzentwicklung, welcher Zelltyp aus ihnen werden soll, zu welchem Gewebetyp sie später gehören werden? Wie bildet sich später die dreidimensionale Form des Organs? Wie groß soll das Herz werden? Wie muss das Zusammenspiel aller Zellen organisiert sein, damit das Herz dann auch schlägt und seine Aufgabe erfüllen kann?
Um all diese Fragen zu beantworten, simuliert Sasha Mendjan mit seinem Team den Entwicklungsprozess in der Petrischale. Herz- Organoide geben wichtige Einblicke über das Zusammenspiel der einzelnen Zellarten im heranwachsenden Herz. Das Geheimnis liegt in einer großen Zahl an biochemischen Signalen. Denn die Zellen „sprechen“ miteinander. Sie senden Signale aus, die anderen Zellen antworten wiederum mit anderen Signalen. So kommt es zu einer angeregten Kommunikation, die auch entschlüsselt werden kann.