Herzmuskel wächst nach einem Herzinfarkt nach — erstmals beim Menschen bestätigt

Ein Herzinfarkt zerstört im Durchschnitt etwa ein Drittel der Muskelzellen in den betroffenen Herzkammern. Dieser Verlust galt bislang als endgültig. Der Herzmuskel – anders als die Leber oder die Haut – besitze, so die Annahme, keinerlei Fähigkeit, einen größeren Schaden zu ersetzen. Die Narbenbildung, die sich über das geschädigte Herzgewebe legt, war das letzte Kapitel der Geschichte.

Es stellt sich heraus, dass es noch ein weiteres Kapitel gibt. Forscher der University of Sydney haben an lebendem Herzgewebe, das Patienten während einer Bypass-Operation entnommen wurde, bestätigt, was bislang nur an Mäusen zu sehen war: Nach einem Herzinfarkt beginnt das menschliche Herz, neue Muskelzellen zu bilden.

Die Entdeckung bedeutet nicht, dass das Herz sich selbst heilt. Die regenerative Reaktion ist viel zu gering, um das Ausmaß des Schadens auszugleichen. Aber der Nachweis, dass diese Fähigkeit existiert, verändert, worauf Forscher abzielen können – und eröffnet die Möglichkeit, dass eine Therapie eines Tages verstärken könnte, was das Herz ohnehin schon versucht.

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Wie sie es gemessen haben

Die Schwierigkeit bei der Untersuchung von menschlichem Herzgewebe war stets ein Zeitproblem. Wenn eine Gewebeprobe nach dem Tod ins Labor gelangt, sind die molekularen Signale der aktiven Zellteilung weitgehend verschwunden. Dr. Robert Hume, Erstautor der Studie und Forscher am Baird Institute for Applied Heart and Lung Research, half, dieses Problem zu lösen, indem er einen Probenentnahmeansatz entwickelte, der Gewebe von lebenden Patienten sammelt.

Einwilligende Patienten, die sich einer Bypass-Operation am Royal Prince Alfred Hospital in Sydney unterzogen, erklärten sich bereit, während des Eingriffs kleine Gewebeproben sowohl aus geschädigten als auch aus ungeschädigten Bereichen ihres Herzens entnehmen zu lassen. Die Proben wurden innerhalb von fünfzehn Minuten mit flüssigem Stickstoff konserviert, wodurch die biologische Aktivität eingefroren wurde. Diese Genauigkeit, die mit postmortem Material unmöglich ist, ermöglichte es dem Team, zu entdecken, was frühere Studien übersehen hatten: einen statistisch signifikanten Anstieg der Kardiomyozyten-Mitose – des Prozesses, bei dem sich Muskelzellen teilen und vermehren – in den Herzen von Patienten, die einen Infarkt erlitten hatten.

„Wir konnten einen statistisch signifikanten Anstieg der Kardiomyozyten-Mitose in infarzierten menschlichen Herzen nachweisen“, stellte Dr. Hume fest. Wissenschaftler hatten denselben Effekt zuvor bei Mäusen beobachtet. Dies ist das erste Mal, dass er direkt in menschlichem Gewebe dokumentiert wurde.

Was Herzinfarkte tatsächlich zerstören

Das Ausmaß des Problems erklärt, warum dieser Befund von Bedeutung ist, selbst wenn das regenerative Signal bescheiden ist. Ein schwerer Herzinfarkt kann bis zu einer Milliarde Kardiomyozyten zerstören – Zellen, auf die das Herz angewiesen ist, um zu schlagen und die zeitliche Abstimmung zwischen den Kammern zu koordinieren. Der überlebende Muskel muss dies ausgleichen, oft durch Dehnung. Über Jahre hinweg versagt dieser Ausgleich. Das Herz vergrößert sich, wird schwächer, und seine Fähigkeit, Blut in den Rest des Körpers zu pumpen, nimmt ab.

Dieser Endpunkt ist die Herzinsuffizienz, und es gibt dafür keine einfache Lösung. Allein in Australien leben etwa 144.000 Menschen mit dieser Erkrankung. Eine Transplantation ist derzeit die einzige definitive Behandlung, und das Land führt jährlich etwa 115 solcher Eingriffe durch. Die Kluft zwischen Bedarf und Angebot lässt sich nicht allein durch Operationen schließen.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen bleiben weltweit die häufigste Todesursache. Jede Therapie, die die Chancen nach einem Herzinfarkt verändert – selbst geringfügig – würde eine Population von zig Millionen Menschen erreichen.

Warum dies die Frage nicht abschließend klärt

Die natürliche Regenerationsfähigkeit des Herzens kann, wie derzeit verstanden, mit der Verletzung, die sie auslöst, nicht Schritt halten. Der Zelltod durch einen großen Infarkt übersteigt die Anzahl der neuen Kardiomyozyten, die das Herz als Reaktion darauf produziert, bei weitem. Dr. Hume räumte dies direkt ein: Die regenerative Reaktion sei zwar real, aber nicht ausreichend, um zu verhindern, dass das Herz vernarbt zurückbleibt.

Es gibt zudem eine Frage des Mechanismus, die das Fachgebiet noch nicht vollständig geklärt hat. Verwandte Forschungen an insuffizienten menschlichen Herzen haben ergeben, dass viele der DNA-Replikationsereignisse in Kardiomyozyten Polyploidisierung – Zellen, die zusätzliche Kopien ihres Genoms anhäufen, ohne sich tatsächlich zu teilen – und Mehrkernigkeit umfassen, anstatt einer normalen mitotischen Teilung. Echte Proliferation von diesen verwandten, aber unterschiedlichen Prozessen zu trennen, ist Teil der technischen Herausforderung, die das Modell mit lebendem Gewebe aus Sydney nun angehen kann.

Die Forschung stützte sich zudem auf eine spezifische Patientengruppe – Menschen, die sich bereits einer Bypass-Operation unterzogen –, die möglicherweise nicht das gesamte Spektrum der Herzinfarktpatienten abbildet. Größere, vielfältigere Studien werden nötig sein, um zu verstehen, wie konsistent dieses Regenerationssignal auftritt und ob es sich bei jüngeren Patienten, solchen mit unterschiedlichen Infarktgrößen oder solchen, die früh versus spät behandelt wurden, unterscheidet.

Was die Proteine als Nächstes nahelegen

Das Team identifizierte außerdem mehrere Proteine im menschlichen Gewebe, die zuvor mit kardialer Regeneration bei Mäusen in Verbindung gebracht worden waren. Diese Proteine bieten den konkretesten frühen Ansatzpunkt für die Therapieentwicklung. Wenn sie die molekularen Schalter sind, die die Kardiomyozyten-Teilung als Reaktion auf eine Verletzung auslösen, werden sie zu Zielen – Dinge, die ein Medikament aktivieren oder verstärken könnte.

Professor Sean Lal, leitender Autor der Studie und Kardiologe für Herzinsuffizienz am Royal Prince Alfred Hospital, beschrieb, worauf das Team hinarbeitet: „Letztlich ist das Ziel, diese Entdeckung zu nutzen, um neue Herzzellen zu schaffen, die eine Herzinsuffizienz rückgängig machen können. Die Verwendung von Modellen mit lebendem menschlichem Herzgewebe in unserer Arbeit bedeutet, dass wir genauere und zuverlässigere Daten haben werden, um neue Therapien für Herzerkrankungen zu entwickeln.“

Das Modell mit lebendem Gewebe ist selbst nun ein Forschungswerkzeug, unabhängig von diesem einzelnen Ergebnis. Da es den molekularen Zustand des Herzens zum Zeitpunkt der Operation konserviert, kann es verwendet werden, um Substanzen zu testen, die die Zellteilung ankurbeln könnten – ohne dass zuvor ein anderer Mensch einen Herzinfarkt erleiden müsste.

Häufige Fragen zur Herzregeneration

Kann sich das menschliche Herz nach einem Herzinfarkt selbst reparieren?

Das Herz hat eine begrenzte, natürliche Fähigkeit, nach einem Infarkt neue Muskelzellen zu bilden, wie diese Studie erstmals an menschlichem Gewebe bestätigt. Die Regeneration erfolgt durch Kardiomyozyten-Mitose – Zellteilung. Die Anzahl der neu produzierten Zellen ist jedoch viel zu gering, um den Muskelverlust während eines großen Infarkts zu ersetzen, sodass die Reparaturreaktion des Herzens zwar existiert, aber für sich genommen funktionell unzureichend ist.

Warum können Ärzte Herzinsuffizienz nicht bereits beheben?

Herzinsuffizienz resultiert aus irreversiblem Muskelverlust: Das Herz kompensiert geschwächte Bereiche durch verstärkte Arbeit, was schließlich versagt. Eine Herztransplantation ist die einzige Heilung, und das Angebot an Spenderorganen ist stark begrenzt. Etwa 144.000 Australier leben mit Herzinsuffizienz, bei etwa 115 Transplantationen pro Jahr. Die Kluft zwischen Patienten und verfügbaren Organen treibt die Suche nach Therapien voran, die geschädigten Muskel regenerieren könnten.

Was hat diese Studie anders gemacht als frühere Forschungen?

Frühere Studien zur kardialen Regeneration verwendeten postmortem Gewebe. Bis diese Proben ein Labor erreichen, sind die molekularen Signale der Zellteilung verblasst. Das Team aus Sydney entnahm Gewebe von lebenden Patienten während einer Bypass-Operation und konservierte es innerhalb von fünfzehn Minuten mit flüssigem Stickstoff. Dieser Ansatz erfasste aktive biologische Prozesse, die die postmortem Probenahme übersieht – einschließlich des Zellteilungssignals, das den zentralen Befund der Studie darstellt.

Wie lange dauert es, bis eine Behandlung verfügbar ist?

Es gibt noch keine klinische Behandlung auf der Grundlage dieser Entdeckung. Das Team hat Proteine identifiziert, die die Kardiomyozyten-Teilung regulieren könnten, und diese sind nun Ziele für die Medikamentenentwicklung. Die Bedeutung dieser Arbeit liegt darin, dass sie eine therapeutische Richtung eröffnet, die zuvor als verschlossen galt: Das erwachsene menschliche Herz kann neuen Muskel bilden, und Forscher haben nun ein Werkzeug, um zu untersuchen, wie man es dazu bringen kann, dies in einem nutzbaren Umfang zu tun.

Die nächste Phase der Forschung wird versuchen, zu identifizieren, welche Proteine im Modell mit lebendem Gewebe verstärkt werden können und ob dies die Zellteilungsrate auf ein Niveau erhöht, das realistische Infarktschäden ausgleichen könnte.

Schlagwörter: biology, cardiac regeneration, cardiology, cardiomyocyte, heart attack, heart failure

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