Zusammenfassung
Kardiovaskuläre Erkrankungen, v. a. koronare Herzerkrankungen, zählen zu den weltweit häufigsten Todesursachen. Trotz verbesserter medizinischer Versorgung sind Behandlungserfolge bis heute moderat, und die Sterblichkeitsrate ist, speziell im ersten Jahr nach einem Myokardinfarkt, sehr hoch. Da die Mehrzahl der Herzerkrankungen alterskorreliert ist und die Lebenserwartung in unserer Gesellschaft stetig steigt, ist in den nächsten Jahrzehnten mit einem weiteren drastischen Anstieg der Inzidenz koronarer Herzerkrankungen zu rechnen. Dies verlangt, dass die Anstrengungen zur Erforschung neuer, unkonventioneller Therapieansätze deutlich forciert werden müssen. Hauptgrund des Herzversagens ist ein massiver Verlust funktioneller Kardiomyozyten, z. B. bedingt durch Infarkte oder chronisch erhöhte Druckbelastung des Herzens. Da Kardiomyozyten jedoch nur über ein extrem niedriges Regenerationspotenzial verfügen, kann dieser Verlust nicht kompensiert werden. Trotz intensiver Forschung auf dem Gebiet der regenerativen Medizin mit dem Ziel, die endogene Herzregeneration anzuregen oder verlorenes Herzgewebe durch Applikation von Stammzellen und Kardiomyozyten auszugleichen, ist bis zum heutigen Tag eine Herztransplantation die einzige nachhaltige Option, Kardiomyozyten zu ersetzen. Dieser Übersichtsbeitrag präsentiert den derzeitigen Stand regenerativer Strategien und diskutiert deren Vorteile, Einschränkungen und Zukunftsperspektiven im Vergleich zu konventionellen Behandlungsmethoden.
Abstract
Cardiovascular disease, in particular coronary heart disease, is one of the most common causes of death worldwide. In spite of improved therapies, treatment success remains modest and the morbidity high, in particular within the first year after a myocardial infarction. Since the majority of heart diseases are associated with age and life expectancy in the western world is continually increasing, a further drastic increase in the incidence of heart diseases is expected. This highlights the urgent need for the development of novel, unconventional treatment options. One of the main reasons for heart failure is a massive loss of functional cardiomyocytes due to myocardial infarction or chronic pressure overload of the heart. Since cardiomyocytes possess only an extremely limited regenerative potential, this loss is irreversible. Consequently, there are enormous efforts in the field of regenerative medicine aiming at replacing lost myocardium through cell therapies (e.g. stem cells, cardiomyocytes) or through boosting endogenous regeneration. Nevertheless, to date the only effective way to replace lost myocardium is heart transplantation. This article gives an overview of the current progress of regenerative cardiovascular medicine and discusses the advantages, limitations and future perspectives with respect to conventional treatment options.
Literatur
McCusker C, Gardiner DM (2011) The axolotl model for regeneration and aging research: a mini-review. Gerontology 57:565–571
Evans MJ, Kaufman MH (1981) Establishment in culture of pluripotential cells from mouse embryos. Nature 292:154–156
Thomson JA, Itskovitz-Eldor J, Shapiro SS, Waknitz MA, Swiergiel JJ, Marshall VS, Jones JM (1998) Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts. Science 282:1145–1147
Laflamme MA, Chen KY, Naumova AV, Muskheli V, Fugate JA, Dupras SK, Reinecke H, Xu C, Hassanipour M, Police S, O’Sullivan C, Collins L, Chen Y, Minami E, Gill EA, Ueno S, Yuan C, Gold J, Murry CE (2007) Cardiomyocytes derived from human embryonic stem cells in pro-survival factors enhance function of infarcted rat hearts. Nat Biotechnol 25:1015–1024
Wollert KC, Meyer GP, Lotz J, Ringes Lichtenberg S, Lippolt P, Breidenbach C, Fichtner S, Korte T, Hornig B, Messinger D, Arseniev L, Hertenstein B, Ganser A, Drexler H (2004) Intracoronary autologous bone-marrow cell transfer after myocardial infarction: the BOOST randomised controlled clinical trial. Lancet 364:141–148
Schächinger V, Erbs S, Elsässer A, Haberbosch W, Hambrecht R, Hölschermann H, Yu J, Corti R, Mathey DG, Hamm CW, Süselbeck T, Assmus B, Tonn T, Dimmeler S, Zeiher AM (2006) REPAIR-AMI investigators. Intracoronary bone marrow–derived progenitor cells in acute myocardial infarction. N Engl J Med 355:1210–1221
Assmus B, Schächinger V, Teupe C, Britten M, Lehmann R, Döbert N, Grünwald F, Aicher A, Urbich C, Martin H, Hoelzer D, Dimmeler S, Zeiher AM (2002) Transplantation of progenitor cells and regeneration enhancement in acute myocardial infarction (TOPCARE-AMI). Circulation 106:3009–3017
Agbulut O, Vandervelde S, Al Attar N, Larghero J, Ghostine S, Léobon B, Robidel E, Borsani P, Le Lorc’h M, Bissery A, Chomienne C, Bruneval P, Marolleau J‑P, Vilquin J‑T, Hagège A, Samuel J‑L, Menasché P (2004) Comparison of human skeletal myoblasts and bone marrow-derived CD133+progenitors for the repair of infarcted myocardium. J Am Coll Cardiol 44:458–463
Gerbin KA, Murry CE (2015) The winding road to regenerating the human heart. Cardiovasc Pathol 24:133–140
Takahashi K, Yamanaka S (2006) Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell 126:663–676
Shiba Y, Fernandes S, Zhu W‑Z, Filice D, Muskheli V, Kim J, Palpant NJ, Gantz J, Moyes KW, Reinecke H, Van Biber B, Dardas T, Mignone JL, Izawa A, Hanna R, Viswanathan M, Gold JD, Kotlikoff MI, Sarvazyan N, Kay MW, Murry CE, Laflamme MA (2012) Human ES-cell-derived cardiomyocytes electrically couple and suppress arrhythmias in injured hearts. Nature 489:322–325
Chong JJH, Yang X, Don CW, Minami E, Liu Y‑W, Weyers JJ, Mahoney WM, Van Biber B, Cook SM, Palpant NJ, Gantz JA, Fugate JA, Muskheli V, Gough GM, Vogel KW, Astley CA, Hotchkiss CE, Baldessari A, Pabon L, Reinecke H, Gill EA, Nelson V, Kiem H‑P, Laflamme MA, Murry CE (2014) Human embryonic-stem-cell-derived cardiomyocytes regenerate non-human primate hearts. Nature 510:273–277
Fernandes S, Naumova AV, Zhu WZ, Laflamme MA, Gold J, Murry CE (2010) Human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes engraft but do not alter cardiac remodeling after chronic infarction in rats. J Mol Cell Cardiol 49:941–949
Weinberger F, Breckwoldt K, Pecha S, Kelly A, Geertz B, Starbatty J, Yorgan T, Cheng K‑H, Lessmann K, Stolen T, Scherrer-Crosbie M, Smith G, Reichenspurner H, Hansen A, Eschenhagen T (2016) Cardiac repair in guinea pigs with human engineered heart tissue from induced pluripotent stem cells. Sci Transl Med 8(a148):363r
Chen Y, Yang Z, Zhao Z‑A, Shen Z (2017) Direct reprogramming of fibroblasts into cardiomyocytes. Stem Cell Res Ther 8:118
Terrenoire C, Wang K, Tung CKW, Chung WK, Pass RH, Lu JT, Jean J‑C, Omari A, Sampson KJ, Kotton DN, Keller G, Kass RS (2013) Induced pluripotent stem cells used to reveal drug actions in a long QT syndrome family with complex genetics. J Gen Physiol 141:61–72
Rastall DPW, Amalfitano A (2017) Current and future treatments for lysosomal storage disorders. Curr Treat Options Neurol 19:45
Doudna JA, Charpentier E (2014) The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9. Science 80(346):1258096–1258096
Long C, McAnally JR, Shelton JM, Mireault AA, Bassel-Duby R, Olson EN (2014) Prevention of muscular dystrophy in mice by CRISPR/Cas9-mediated editing of germline DNA. Science 345:1184–1188
Danksagung
Wir bedanken uns für die finanzielle Unterstützung unserer Arbeiten bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft, dem European Research Council und dem REBIRTH-Excellence Cluster der Medizinischen Hochschule Hannover.
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Ethics declarations
Interessenkonflikt
T. Thum, A. Bührke und C. Bär geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.
Dieser Beitrag beinhaltet keine von den Autoren durchgeführten Studien an Menschen oder Tieren.
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Bührke, A., Thum, T. & Bär, C. Zukunftsperspektiven der myokardialen Regeneration. Z Herz- Thorax- Gefäßchir 32, 181–186 (2018). https://doi.org/10.1007/s00398-018-0206-1
Received:
Accepted:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/s00398-018-0206-1
Schlüsselwörter
- Regenerative Medizin
- Kardiomyozyten
- Induzierte pluripotente Stammzellen
- „Genome editing“
- Personalisierte Medizin