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Advanced Materials for Cardiac Regeneration (AMCARE)

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Regeneration des geschädigten Herzens

Herz-Kreislauf-Erkrankungen (HKE) zählen mit mehreren Millionen Todesfällen pro Jahr zu den Hauptursachen von Morbidität und Mortalität weltweit. Der Einsatz von Stammzellen zur Reparatur des kardialen Gewebes nach einem Myokardinfarkt (MI) kann den tödlichen Verlauf einer Herzfehlfunktion verhindern.

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Ein akuter MI tritt auf, wenn Koronararterien blockiert sind, wodurch wiederum die Durchblutung behindert und eine Myokardischämie verursacht wird. Die Behandlung eines MI erfolgt heute durch eine koronare Revaskularisierung, die den Blutfluss zum Herzen wirksam wiederherstellt. Eine zurückbleibende myokardiale Vernarbung, die häufig zu Störungen der Herzfunktion bis zum Herzversagen führen kann, ist dadurch jedoch nicht ausgeschlossen. Die regenerative Therapie mit kardialen Stammzellen ist ein vielversprechender neuer Ansatz, um den ursächlichen myokardialen Schaden zu reparieren und die Herzfunktion wiederherzustellen. Bei bisherigen klinischen Studien konnten – möglicherweise aufgrund von geringem Zellüberleben, schlechter Etablierung und unzureichender Retention im infarzierten Herz – allerdings noch nicht zu zufriedenstellenden Ergebnissen führen. Um die Wirksamkeit zellbasierter Therapien zu verbessern, untersuchte das EU-finanzierte Projekt AMCARE Möglichkeiten, um die Retention von Stammzellen im geschädigten MHerzmuskel oder Herzgewebe postapplikativ zu erhöhen. Im Hinblick auf dieses Ziel stützte sich das Konsortium auf die materialwissenschaftliche und stammzellbiologische Expertise führender Spezialisten in den Bereichen Medizinprodukte, Biomaterialien und kardiovaskuläre Regeneration. Die AMCARE-Strategie basierte auf der Grundidee, Biomaterial auf der Basis von Hyaluronan (HA) als Stützgerüst für die implantierten Zellen zu verwenden. HA-Hydrogele werden häufig als Gerüste beim Tissue Engineering eingesetzt, die als extrazelluläre Matrix (EZM) dienen und die Adhäsion applizierter Zellen sowie die postapplikative Retention an der geschädigten Stelle verbessern. Zugleich bieten Hydrogele einen Schutz vor den harschen Umgebungsbedingungen des ischämischen Myokards. Die EZM ist ein hochkomplexes Netzwerk aus Proteinen wie Kollagen und Proteoglykanen, in dem Zellen über bestimmte Rezeptoren gebunden werden. Trotz ihrer Gewebeabhängigkeit spielt die EZM bei der Regulierung von zentralen zellulären Reaktionen – wie z. B. Migration, Proliferation und Differenzierung – eine entscheidende Rolle. Sie ist daher zu Transplantationszwecken geeignet, um implantierte Zellen zu stützen und ihre Integration in das Wirtsgewebe zu fördern. Neuartige Biomaterialien und Verabreichungssysteme Projektkoordinator Dr. Garry Duffy erklärt: „Unser Industriepartner hat eine Plattform entwickelt, die aus viskosen gelartigen Materialien Hydrogele mit einstellbaren mechanischen und viskoelastischen Eigenschaften herstellen kann. Damit sind sie widerstandsfähig gegenüber elastischen Veränderungen im Herzgewebe nach der Injektion in das Myokard.“ Um eine homogene Zellinkorporation in das Hydrogel und zugleich eine stabile Zellviabilität zu gewährleisten, haben die AMCARE-Partner einen Applikator-Prototyp entwickelt. Mit Blick auf das mögliche Szenario eines akuten MI bei liegendem endokardialem Katheter haben die Forscher ein proprietäres Zellverabreichungssystem zur Verabreichung im Ventrikel entwickelt. Eine weitere Innovation des Projekts war die Entwicklung des „Herzpflasters“. Dabei handelt es sich um eine Folie aus HA-Derivatmaterialien mit optimalen geometrischen und mechanischen Eigenschaften, wie z. B. Porösität, Quellverhalten und biologischer Abbaubarkeit. Um einen robusten und anhaltenden Kontakt mit dem infarzierten Bereich zu gewährleisten, wird das Pflaster mit Therapeutika versetzt und epikardial verabreicht. Auswirkungen der Herzregeneration nach dem MI Die neue Therapiemethode, die im Rahmen des AMCARE-Projekts entstand, wird die Wiederherstellung der Herzfunktion bei Patienten nach einer ischämischen Episode grundsätzlich erleichtern. „Durch die Kombination aus AMCAREs neuartigen Medizinprodukten und fortschrittlichen Biomaterialformulierungen ist ein individueller Therapieansatz möglich, der auf die patientenspezifischen klinischen Anforderungen eingeht“, so Dr. Duffy. Forscher können nun je nach dem infarzierten Bereich einen anderen therapeutischen Ansatz verfolgen, um eine minimal-invasive Verabreichung sowie eine sichere und effektive Fixierung zu gewährleisten. Die AMCARE-Partner sind zuversichtlich, dass ihre neuartigen Biomaterialtechnologien und -systeme kommerziellen Erfolg zeigen werden. Vor allem aber kann die Reparatur des geschädigten Myokards bei Post-Infarkt-Patienten möglicherweise Morbidität und Mortalität senken und somit zu einer besseren langfristigen Gesundheitsversorgung von EU-Bürgern beitragen.

Schlüsselbegriffe

AMCARE, Biomaterial, Myokardinfarkt (MI), Hydrogel, extrazelluläre Matrix (EZX), Hyaluronan (HA)

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