Die Heilung des Herzens beleuchten
Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind weltweit nach wie vor die Hauptursache für Sterblichkeit und Morbidität und stellen eine erhebliche sozioökonomische Belastung dar. Mit der zunehmenden Alterung der Bevölkerung wird die Inzidenz von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Herzinsuffizienz – der letzten Konsequenz vieler Herz-Kreislauf-Erkrankungen – voraussichtlich steigen. Eine Herzinsuffizienz wirkt sich stark auf die Lebensqualität aus und erfordert die Unterstützung von Pflegekräften. Leider gibt es derzeit keine wirksame medikamentöse Behandlung, und es ist nicht möglich, das Fortschreiten der Krankheit aufzuhalten. Daher ist dringend ein neuer therapeutischer Ansatz erforderlich, der die Herzfunktion und den systemischen Blutfluss wiederherstellen kann.
Optisch ausgelöste Herzreparatur
Ziel des EU-finanzierten Projekts LION-HEARTED ist es, einen revolutionären Ansatz zur Erhaltung oder Wiederherstellung der Herz-Kreislauf-Funktion zu entwickeln, der die Grenzen der derzeitigen pharmazeutischen und elektrischen Stimulationsverfahren überwindet. Im Mittelpunkt dieser innovativen Strategie zur kardiovaskulären Reparatur steht die Optozeutik, eine neuartige Technologie, die optische Stimuli zur Modulation biologischer Prozesse nutzt, ohne auf Genmanipulationen zurückzugreifen. Die Optozeutik arbeitet auf der Ebene von Zellen, Geweben und ganzen Organen, überwindet langfristige Sicherheitsbedenken und eröffnet neue Wege für kardiovaskuläre Umsetzungsmöglichkeiten. LION-HEARTED zielt darauf ab, Licht zu nutzen, um das Regenerationspotenzial der ansässigen kardialen Vorläuferzellen, Kardiomyozyten und zirkulierenden Endothelzellen, die nach einem ischämischen Insult zum Herzen wandern, direkt zu stimulieren. „Da Zellen für sichtbares Licht weitgehend durchlässig sind, ist es notwendig, photoaktive Materialien als Wandler zu verwenden, die in der Lage sind, die vom Licht übertragenen Informationen in eine Modulation des biologischen Systems umzuwandeln“, erklärt Projektkoordinatorin Maria Rosa Antognazza, Forscherin am Istituto Italiano di Tecnologia in Mailand, Italien.
Der Ansatz von LION-HEARTED
Die zentrale Technologie von LION-HEARTED basiert auf biokompatiblen konjugierten Polymeren, die von Natur aus für sichtbares Licht empfindlich sind und so entwickelt wurden, dass sie die Aktivität von Herz- und Endothelzellen optisch modulieren. Der besondere Vorteil liegt in der Fähigkeit des Lichts, diese spezifischen Zellsubpopulationen reversibel und selektiv anzusprechen und damit die für die Herzreparatur entscheidenden biologischen Signalwege auszulösen. „Der Ansatz von LION-HEARTED bietet eine unvergleichliche räumliche und zeitliche Auflösung, eine geringere Invasivität und eine höhere Selektivität im Vergleich zu herkömmlichen Methoden“, betont Antognazza. Das Projekt geht weit über den derzeitigen Stand der Technik hinaus und kombiniert erstmals optische Stimulation und Nanotechnologie bei der Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen.
Der Weg des technologischen Fortschritts
LION-HEARTED hat wichtige Meilensteine in der Materialsynthese erreicht und den Ansatz sowohl in vitro als auch in vivo anhand von Maus- und Schweinemodellen validiert. Durch dünne Schichten photoaktiver Materialien haben die Forschenden Angiogenese mit bemerkenswerter Zuverlässigkeit und Wirksamkeit verbessert. Diese Filme haben gezeigt, dass sie in der Lage sind, die Aktivität der Kardiomyozyten optisch zu kontrollieren und ihre Schlageigenschaften zu regeln. Für In-vivo-Anwendungen wurden injizierbare Materialien, verknüpft mit drahtlos gesteuerten Lichtquellen entwickelt und ihre Biokompatibilität bestätigt. Bei der Nutzung in Krankheitsmodellen bei Schweinen erzielten sie vielversprechende Ergebnisse. Insgesamt ist der innovative Ansatz von LION-HEARTED sehr vielversprechend, um die kardiovaskuläre Behandlung zu verändern und das Leben von Millionen von Herzinsuffizienz Betroffenen positiv zu beeinflussen. Zudem hat die jüngste COVID-19-Gesundheitskrise die potenzielle therapeutische Bedeutung von LION-HEARTED unterstrichen. Obwohl es sich bei COVID-19 in erster Linie um eine Atemwegserkrankung handelt, treten extrapulmonale Manifestationen auf, und bei Personen mit vorbestehenden Herz-Kreislauf-Komorbiditäten sind die klinischen Folgen einer Infektion mit SARS-CoV-2 ungünstiger. LION-HEARTED ist in der Lage, diesen Bedarf zu decken, wobei sich künftige Bemühungen auf die Materialtechnik und die Erforschung breiterer Anwendungsmöglichkeiten unter klinisch relevanten Bedingungen konzentrieren werden.
Schlüsselbegriffe
LION-HEARTED, photoaktive Materialien, Herzinsuffizienz, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Optozeutik, Kardiomyozyten, Nanotechnologie, Angiogenese