Analyse des therapeutischen Potentials von Cx43-exprimierenden Skelettmuskelzellen zur Prävention spontaner Arrhythmien nach Herzinfarkt

Abstract

Als Folge der myokardialen Ischämie durch einen Herzinfarkt gehen Kardiomyozyten zugrunde und neben einer Herzinsuffizienz können lebensbedrohliche Herzrhythmusstörungen wie Kammertachykardien und Kammerflimmern auftreten. Um das durch den Infarkt zerstörte Gewebe zu ersetzen, sind in der Vergangenheit Zelltransplantationen durchgeführt worden. Wenig untersucht war bislang jedoch, ob die transplantierten Zellen auch die Gefahr von Rhythmusstörungen senken können.<br /> Durch elektrophysiologische Katheter-Untersuchungen an Mäusen konnte am Institut für Physiologie I (Roell et al., 2007) gezeigt werden, dass die Zelltherapie mit elektrisch koppelnden Zellen die Vulnerabilität gegenüber induzierten Herzrhythmusstörungen deutlich senkt. Dabei erwiesen sich Skelettmuskelzellen aus transgenen Mäusen, die das „Kopplungs-Protein“ Cx43 überexprimieren, ähnlich wirkungsvoll wie embryonale Kardiomyozyten. In der vorliegenden Arbeit wurden in einem weiterentwickelten Ansatz, mit dem Ziel der späteren klinischen Anwendung, allogene Skelettmuskelzellen (sowohl embryonale als auch adulte) aus genetisch unveränderten Tieren für Transplantationsexperimente verwendet, in die Cx43 mittels lentiviraler Transduktion in vitro eingebracht wurde. <br /> Die Funktionalität des Cx43-Konstruktes wurde mittels immunhistologischen Methoden untersucht und die Kopplung der Zellen in vitro durch Farbstofftransferexperimente nachgewiesen. Dazu wurde die neue Methode der lokalen Einzelzellelektroporation entwickelt, die das gezielte Einbringen von Substanzen in einzelne Zellen ermöglicht. Durch die Verwendung von Farbstoffen mit unterschiedlichen Molekulargewichten konnte eine interzelluläre Kopplung ausschließlich über Gap Junctions nachgewiesen und zytoplasmatische Brücken ausgeschlossen werden. Die Transplantation der mit Cx43 transduzierten Skelettmuskelzellen in den Herzinfarkt von Mäusen senkte die elektrische Vulnerabilität des Herzens in der elektrophysiologischen Untersuchung in vivo auf das Niveau von gesunden Tieren (invasive Experimente durchgeführt von A. Klein). <br /> Neben der Auswirkung der Zellersatztherapie auf induzierte Herzrhythmusstörungen wurden insbesondere das Auftreten von spontanen, arrhythmischen Episoden in vivo mit zwei verschiedenen EKG-Ableitungsmethoden untersucht: eine Extremitätenableitung und eine Langzeit EKG-Messung unter Verwendung eines telemetrischen Systems. Zur semiautomatischen EKG-Analyse wurde eine Software entwickelt, die die Quantifizierung von spontanen Arrhythmien erlaubt. Auch mit dieser Methode waren Hinweise auf einen antiarrhythmogenen Effekt der Zelltherapie des Herzinfarktes mit Cx43-positiven Skelettmuskelzellen erkennbar. <br /> Die autologe, zelluläre Ersatztherapie nach Herzinfarkt stellt, bei Verwendung von elektrisch koppelnden Zellen, einen vielversprechenden Ansatz für eine zukünftige klinische Anwendung am Menschen dar. Die Verwendung von genetisch unveränderten Zellen, die in vitro lentiviral transduziert und anschließend erst für Implantationen verwendet werden, ist dabei ethisch unbedenklich sowie vermutlich nebenwirkungsarm.