Herz eines Zebrafischembryos

Herzzellen ihre Geheimnisse entlocken

Ein Herz scheint reine Physik zu sein: Klappen öffnen und schließen sich, das Blut fließt, elektrische Impulse steuern den Herzschlag. Ein deutsch-britisches Forschungsteam betrachtet es nun auf andere Weise. Es wird das Herz in seine kleinsten Bestandteile – die Zellen – zerlegen und diesen ihre Geheimnisse entlocken. Das Projekt wird nun mit 2,5 Millionen Euro für drei Jahre gefördert.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollen verstehen, was das Herz schwach und krank macht. Im Zentrum des Kooperationsprojekts, das am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC) koordiniert wird, stehen daher zwei Formen der Herzschwäche: die dilatative Kardiomyopathie (DCM) und die hypertrophe Kardiomyopathie (HCM). Bei beiden kann das Herz schlechter pumpen, die Gründe sind jedoch verschieden. Bei der DCM ist die linke Herzkammer ausgedehnt wie eine nasse Socke. Die HCM hingegen kennzeichnet, dass sich die Wände der Herzkammer verdicken. Die Forscher wissen, dass bei beiden Prozessen die Herzmuskelzellen verändert und dass auch Bindegewebszellen beteiligt sind.

Norbert Hübner

„Was sich auf molekularer Ebene genau abspielt, verstehen wir noch nicht genug“, sagt Projektleiter Professor Norbert Hübner vom MDC. Das Forschungsteam will deshalb tausende Einzelzellen aus verschiedenen Bereichen des Herzens mit modernsten Methoden analysieren, zum Beispiel aus welchen Genen und Proteinen sie bestehen.

Keine Herzzelle gleicht der anderen

Aus dem direkten Vergleich von Zellen aus gesunden und kranken Herzen versprechen sich die Forschenden wegweisende Erkenntnisse. „Darauf aufbauend könnten vielleicht neue Therapien für Herzschwäche entwickelt werden oder Methoden, die dafür sorgen, dass Herzschwäche gar nicht erst entsteht“, hofft Hübner. Derzeit gibt es keine ursächliche Behandlung und somit auch keine Heilung. 200.000 Herzschwäche-Patienten kommen jährlich ins Krankenhaus, die schwersten Fälle landen auf der Transplantationsliste.

Auch wenn Einzelzell-Analysen spannende Erkenntnisse versprechen, kann man Zellen letztlich nur im Verbund korrekt beschreiben, denn sie sind vielfältigsten Einflüssen aus ihrer Umgebung ausgesetzt. Dazu zählen der Druck in den Herzkammern, aber auch Wechselwirkungen mit anderen Zellarten, Botenstoffe, Immunprozesse. „Sogar bei gesunden Herzzellen gleicht keine Zelle der anderen“, sagt Hübner. Die Lokalisierung der Zellen im Raum und die Modellierung von Zellverbünden am Computer gehören deshalb mit zur Forschungsstrategie.

Die Proben kommen aus Großbritannien

Die deutschen und britischen Teams ergänzen sich in dem Projekt mit wertvollen Forschungsressourcen. Die britischen Projektpartner stellen menschliche Herzproben von gesunden und erkrankten Spendern zur Verfügung. Das Team von Thomas Eschenhagen in Hamburg weiß, wie man Herzgewebe im Labor züchtet. Damit lassen sich Herzerkrankungen modellieren und Testes von pharmakologischen Wirkstoffen durchführen, welche den Weg für neue Medikamente ebnen können.

Gefördert wird das Projekt mit dem Titel Spatially resolved cellular and molecular drivers of cardiac remodeling in healthy and failing vom Deutschen Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung, DZHK , und von der British Heart Foundation (BHF) mit insgesamt 2,5 Millionen Euro für drei Jahre.

Projektpartner des DZHK

Prof. Norbert Hübner (Koordinator)
Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC)

Prof. Thomas Eschenhagen
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf

Prof. Nikolaus Rajewsky
Berliner Institut für Medizinische Systembiologie des MDC

Projektpartner der BHF

Dr. Michela Noseda
Imperial College London, National Heart and Lung Institute

Dr. Sarah Teichmann
Wellcome Trust Sanger Institute

Professor Stuart Cook
Imperial College, National Heart and Lung Institute