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Myokardiale Regeneration

Immunbiologische Aspekte der Stammzell- und Engineered-Heart-Tissue-Transplantation

Myocardial regeneration

Immunobiological aspects in stem cell and engineered heart tissue transplantation

  • Stand der Wissenschaft
  • Published:
Zeitschrift für Herz-,Thorax- und Gefäßchirurgie Aims and scope

Zusammenfassung

Hintergrund

Die Herzinsuffizienz ist die Endstrecke ätiopathogenetisch unterschiedlicher myokardialer Schädigungen und mit substanzieller Morbidität und Mortalität assoziiert. Regenerative Therapiekonzepte sind potenziell durch die Stammzelltherapie realisierbar.

Fragestellung

Zur definitiven myokardialen Regeneration ist eine Stammzelldifferenzierung in Kardiomyozyten nötig. Adulte Stammzellen sind multipotent und können deshalb nur verschiedene Zelltypen einer bestimmten Linie bilden. Die Generierung von neuen Kardiomyozyten aus kardialen Progenitorzellen ist weiterhin fraglich. Vielversprechender sind pluripotente wie embryonale („human embryonic stem cells“, hESCs), durch somatischen Zellkerntransfer („somatic cell nuclear transfer“, SCNT) entstandene oder induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs). In der zukünftigen Verwendung dieser Zellarten sind jedoch differenzielle immunbiologische Aspekte zu berücksichtigen. Der derzeitige Wissensstand soll hier systematisch aufgezeigt werden.

Material und Methoden

Zur Charakterisierung des immunbiologischen Profils pluripotenter Stammzellarten wurde eine Vielzahl von Methoden wie Transplantationstechniken in autologen, allo- und xenogenen Modellen sowie genetischer Knock-out eingesetzt. Daneben wird der Stand der Forschung in der aktuellen Literatur abgebildet.

Ergebnisse

hESCs erfahren nach allogener Transplantation eine primär HLA („human leukocyte antigen“)-getriggerte, T‑Zell-vermittelte Abstoßung. HLA-I-Knock-down resultiert in einer verminderten T‑Zell-Antwort mit Langzeittransplantatüberleben im xenogenen Modell. Das nach SCNT oozytäre mitochondriale Genom kann bei alloantigenem Mismatch adaptive Immunreaktionen triggern. Trotz identischen Genoms bewirken im Vergleich zu hESCs differenziell exprimierte Gene eine Antigenität von iPSCs.

Diskussion

Immunologische Aspekte sind in stammzelltherapeutischen Konzepten zu berücksichtigen. Idealerweise gelingt die Entwicklung von Zelllinien oder Transplantationstechniken, die keine Immunreaktion hervorrufen.

Abstract

Background

Myocardial damage due to various causes can result in heart failure which is associated with substantial morbidity and mortality. Stem cell therapy might enable regenerative therapeutic concepts.

Objective

Definite myocardial regeneration requires stem cell differentiation into cardiomyocytes. Adult stem cells exhibit multipotent characteristics, can only differentiate within their cell line and are not capable of forming cardiomyocytes. The generation of new cardiomyocytes from cardiac progenitor cells is still questionable. Pluripotent stem cells are more promising and include hESCs (human embryonic stem cells), SCNT (somatic cell nuclear transfer)-derived and -induced pluripotent stem cells (iPSCs). For all these cell types differential immunobiological aspects need to be taken into consideration; the aim of this article is to provide the current state of knowledge.

Materials and methods

Various methods including transplant techniques in autologous, allo- and xenogeneic models as well as genetic knock-out have been used to characterize the immunobiological profile of pluripotent stem cells. Additionally, aspects from current literature are presented.

Results

hESCs undergo HLA (human leukocyte antigen)-triggered and t‑cell driven rejection after allogeneic transplantation. HLA I‑knockdown attenuates the t‑cell response with long-term graft survival in a xenogeneic model. After SCNT, the oocyte’s mitochondrial genome may trigger adaptive immune responses in case of alloantigen mismatch. Despite identical genomes, differentially expressed genes in comparison to hESCs result in antigenicity of iPSCs.

Conclusions

Immunologic aspects need to be considered in therapeutic stem cell concepts. Ideally, cell lines or transplantation techniques that do not cause an immune reaction will be developed.

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Förderung

Dr. med. Sabina Günther wurde durch Fördermittel der Deutschen Herzstiftung e. V. unterstützt.Prof. Dr. med. Tobias Deuse wurde durch das Else Kröner Exzellenz-Stipendium der Else Kröner-Fresenius-Stiftung (2012_EKES.04) sowie durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG; DE2133/2-1) unterstützt.Prof. Dr. med. Sonja Schrepfer wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) (SCHR992/3-1 und SCHR992/3-2), den Förderverein des Universitären Herzzentrums Hamburg sowie durch die Fondation Leducq (CDA 2013-2015) unterstützt.

Author information

Authors and Affiliations

  1. Klinik für Herz- und Gefäßchirurgie, Universitäres Herzzentrum Hamburg, Martinistraße 52, 20246, Hamburg, Deutschland

    H. Reichenspurner &  T. Deuse

  2. Transplant and Stem Cell Immunobiology Laboratory, Department of Surgery, University of California, 513 Parnassus Avenue, 94143-2205, San Francisco, CA, USA

    S. P. W. Guenther, S. Schrepfer, H. Reichenspurner &  T. Deuse

  3. Transplant and Stem Cell Immunobiology Laboratory, Universitäres Herzzentrum Hamburg-Eppendorf, Hamburg, Deutschland

    S. P. W. Guenther, S. Schrepfer, H. Reichenspurner &  T. Deuse

  4. Cardiovascular Research Center (CVRC), Universitäres Herzzentrum Hamburg-Eppendorf, Hamburg, Deutschland

    S. P. W. Guenther

  5. Herzchirurgische Klinik und Poliklinik, Klinikum der Universität München, Ludwig-Maximilians-Universität, München, Deutschland

    S. P. W. Guenther

  6. Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK) e. V., Universitäres Herzzentrum Hamburg-Eppendorf, Hamburg, Deutschland

    S. P. W. Guenther, S. Schrepfer, H. Reichenspurner &  T. Deuse

Authors
  1. S. P. W. Guenther
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  2. S. Schrepfer
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  3. H. Reichenspurner
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  4. T. Deuse
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Corresponding author

Correspondence to T. Deuse.

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Interessenkonflikt

S.P.W. Guenther, S. Schrepfer, H. Reichenspurner und T. Deuse geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

In allen eigenen Untersuchungen wurden alle nationalen Richtlinien zur Haltung und zum Umgang mit Labortieren eingehalten, und die notwendigen Zustimmungen der zuständigen Behörden liegen vor. Die Untersuchungen mit Verwendung embryonaler Stammzellen wurden ebenfalls von den zuständigen Behörden genehmigt.

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Guenther, S.P.W., Schrepfer, S., Reichenspurner, H. et al. Myokardiale Regeneration. Z Herz- Thorax- Gefäßchir 31, 138–142 (2017). https://doi.org/10.1007/s00398-016-0113-2

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