Bioengineering: Herzgewebe aus Spinatblättern

Wenn das Herz nach einem Infarkt nicht mehr richtig pumpt, könnten bald Pflanzenteile Abhilfe schaffen.Tuesday, July 17

Von Delaney Chambers

Künstliche Organe rücken dank neuen Techniken wie dem 3D-Druck mit biologischen Materialien zunehmend in greifbare Nähe. Aber auch ein alternativer Ansatz macht weiterhin Fortschritte: Wissenschaftler versuchen dabei nicht, Organe zu drucken, sondern sie aus Stammzellen zu züchten.

Was aber, wenn ein Organ gar nicht ersetzt, sondern nur „repariert“ werden muss? Dabei gibt es oft ganz andere Herausforderungen und Probleme. Eines dieser Probleme kann mit Hilfe eines Spinatblattes gelöst werden.

Im März 2017 veröffentlichten Wissenschaftler eine Studie im Fachmagazin „Biomaterials“, in der sie eine Möglichkeit vorstellen, ein Gefäßsystem zu züchten – bis dato eines der Probleme im Bereich der Gewebezüchtung.

Es war Forschern zuvor zwar schon gelungen, mit 3D-Druckern große Mengen menschlichen Gewebes herzustellen, aber die Erzeugung der feinen Blutgefäße, die solches Gewebe gesund und lebendig halten, erwies sich als äußerst schwierig.

„Der größte limitierende Faktor bei der Gewebezüchtung […] ist das Fehlen eines Gefäßsystems“, erzählte der Co-Autor der Studie, Joshua Gershlak vom Worcester Polytechnic Institute (WPI) in Massachusetts, in einem Begleitvideo zur Studie. „Ohne dieses Gefäßnetzwerk stirbt eine Menge Gewebe ab.“

Ein Spinatblatt, dem die Pflanzenzellen entzogen wurden, bevor Farbe hindurchgepumpt wird.
Ein Spinatblatt nach der erfolgreichen Demonstration. Die Farbe ersetzte das Blut, den Sauerstoff und die Nährstoffe, die für das Wachstum von menschlichem Herzgewebe nötig sind.

Eines der Hauptmerkmale eines Blattes ist das feine Netzwerk dünner Äderchen, welche die Zellen mit Wasser und Nährstoffen versorgen. Die Wissenschaftler nutzten diese Blattadern (oder Leitbündel), um den Weg des Blutes durch menschliches Gewebe nachzuahmen. Dazu wurden einem Spinatblatt im Labor seine Pflanzenzellen entzogen, sodass nur noch eine Art Rahmengerüst aus Zellulose übrigblieb.

„Zellulose ist biokompatibel [und] wurde in der regenerativen Medizin bereits auf vielfältige Weise eingesetzt, zum Beispiel bei der Knorpel- und Knochengewebezüchtung und in der Wundheilung“, schrieben die Autoren in ihrer Studie.

Im Anschluss bekam das Zellulosegerüst in Bad in lebenden menschlichen Zellen. Das menschliche Gewebe wuchs um das Gerüst herum und umgab damit auch die winzigen Blattadern. Nachdem das Team das Blatt in eine Art Miniaturherz verwandelt hatte, wurden Flüssigkeiten und Mikroperlen durch die Adern gepumpt, um zu zeigen, dass auch Blutzellen das System durchlaufen könnten.

Schlussendlich soll mit dieser Methode beschädigtes Gewebe von Patienten ersetzt werden, die einen Herzinfarkt oder andere Herzprobleme erlitten haben, die dazu führten, dass sich ihr Herz nicht mehr richtig zusammenzieht. Genau wie Blutgefäße transportieren dann auch die Blattäderchen Blut (und damit auch Sauerstoff) in das Ersatzgewebe. Eine kontinuierliche Versorgung ist unabdingbar, damit sich schließlich neues Herzgewebe bilden kann.

Dem Studienteam zufolge könnte dieselbe Methode mit unterschiedlichen Pflanzenarten zum Einsatz kommen, um an diversen Stellen im menschlichen Körper Gewebe zu reparieren. Ein Zellaustausch in Holz könnte beispielsweise eines Tages bei der Heilung von Knochen helfen.

„Es gibt noch sehr viel zu tun, aber bisher ist das sehr vielversprechend“, sagte der Co-Autor Glenn Gaudette in einer Pressemitteilung. „Wenn man im Überfluss vorhandene Pflanzen, die seit Jahrtausenden von Bauern gezüchtet wurden, für die Nutzung in der Gewebezüchtung anpasst, kann das eine ganze Menge einschränkender Probleme in diesem Bereich lösen.“

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