Entwicklung von Protokollen zur myokardialen Differenzierung humaner pluripotenterStammzellen in Suspensionskultur

Abstract

Weltweit gehören Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems zu den häufigsten Todesursachen. Bei diesen Erkrankungen, vor allem in der Folge eines Myokard Infarkts, kommt es häufig zu einem irreversiblen Verlust von Herzmuskelzellen (Kardiomyozyten), die über die patienteneigene Zellregeneration nicht wieder ersetzt werden können. Daher wird in die Zellersatztherapie große Hoffnung gesetzt. Auf die speziellen Erkrankungen des Herzens bezogen, sollen neue Therapien entwickelt werden, die darauf abzielen verlorene Kardiomyozyten zu ersetzen, um damit die Funktion des Herzens zu verbessern und deren Ausfall zu vermeiden. Eines der großen bisher ungelösten Probleme für die Entwicklung zellbasierter kardialer Therapien stellt die Bereitstellung humaner Kardiomyozyten dar. Pluripotente Stammzellen könnten als Ausgangszellquelle potentiell geeignet sein. Bisher verwendete konventionelle 2D-Methoden zur Kultivierung und nachfolgenden gezielten Differenzierung der pluripotenten Stammzellen zu Kardiomyozyten sind jedoch nicht in der Lage, Zellen in geeigneter Menge und Qualität bereitzustellen. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass humane Embryonale Stammzellen (hES-Zellen) in einem definierten Medium über mehrere Passagen erfolgreich als undifferenzierte Zellen in skalierbarer Suspensionskultur kultiviert werden konnten. Dieser Ansatz ist auch für ein späteres „Upscaling“ in Bioreaktoren geeignet, wodurch man in der Lage wäre, die für eine erfolgreiche Zelltherapie benötigten großen Zellmengen bereitzustellen. Als wichtiger Parameter zur Verbindung der Zellexpansion und Differenzierung wurde außerdem die Inokulationsdichte für die Bildung von Aggregaten zur anschließenden Differenzierung optimiert. Ausgehend von diesen Suspensions-Aggregaten wurde ein Protokoll ausgearbeitet, das durch optimierte Zugabe verschiedener Wachstumsfaktoren und niedermolekularer Wirkstoffe („Small Molecules“) erfolgreich zur gezielten myokardialen Differenzierung von hES-Zellen geführt hat. Damit hat die Arbeit entscheidend zur Verbesserung des bisherigen Standardprotokolls beigetragen.