Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind die weltweit führende Todesursache und fordern jedes Jahr fast 18 Millionen Menschenleben, was fast ein Drittel aller Todesfälle weltweit ausmacht. Beunruhigende Statistiken zeigen, dass es sich um eine Pandemie der Neuzeit handelt, wobei Schätzungen darauf hindeuten, dass mehr als 640 Millionen Menschen mit einer Form von Herz- und Kreislauferkrankungen leben. Das Problem wird durch die Tatsache verschärft, dass geschädigtes Herzmuskelgewebe nicht regenerationsfähig ist, was die Behandlung äußerst komplex macht und Patienten im Endstadium der Herzinsuffizienz auf lange Wartelisten für eine Transplantation setzt. Leider reicht die Anzahl der verfügbaren Spenderherzen bei weitem nicht aus, um den wachsenden Bedarf zu decken, wodurch Millionen von Menschen ohne eine angemessene Behandlungsoption bleiben. In diesem Zusammenhang unternimmt die wissenschaftliche Gemeinschaft enorme Anstrengungen zur Entwicklung neuer Therapieansätze, und eine der vielversprechendsten Richtungen ist die regenerative Medizin.

Eine Revolution in der Herzbehandlung steht bevor

Im Zentrum der Forschung zu regenerativen Therapien stehen induzierte pluripotente Stammzellen (iPSC). Dies sind Zellen, die aus Haut- oder Blutproben eines Erwachsenen entnommen und in einen embryonalen, pluripotenten Zustand zurückprogrammiert werden können. Aus diesem Zustand können Wissenschaftler sie anleiten, sich zu jeder Art von Zelle im Körper zu entwickeln, einschließlich Kardiomyozyten – den Zellen des Herzmuskels. Theoretisch könnten diese im Labor gezüchteten Herzzellen in das geschädigte Herz eines Patienten transplantiert werden, das zerstörte Gewebe wieder aufbauen und seine verlorene Funktion wiederherstellen. Der Weg von der Theorie zur klinischen Anwendung ist jedoch voller Herausforderungen. Eines der größten Probleme, mit denen Wissenschaftler konfrontiert sind, ist die geringe Überlebensrate der transplantierten Zellen. Wenn neue Zellen in geschädigtes, entzündetes und von Narben durchzogenes Herzgewebe injiziert werden, überlebt ein großer Teil von ihnen nicht und kann sich nicht integrieren. Eine weitere entscheidende Herausforderung ist die Herstellung einer ausreichenden Anzahl hochwertiger Herzzellen auf effiziente und schnelle Weise, um die Therapie einer großen Anzahl von Patienten zugänglich zu machen.

Die Raumstation als einzigartiges Labor

Auf der Suche nach Lösungen für diese Probleme haben sich Wissenschaftler dem ungewöhnlichsten denkbaren Labor zugewandt – der Internationalen Raumstation (ISS). Die Mikrogravitationsumgebung, also der Zustand der Schwerelosigkeit, der im Erdorbit herrscht, bietet einzigartige Bedingungen für die Untersuchung biologischer Prozesse auf eine Weise, die auf der Erde nicht möglich ist. Die Schwerkraft beeinflusst fast alle Aspekte des zellulären Verhaltens, von Form und Struktur bis hin zu Wachstum und Kommunikation. Durch die Beseitigung dieser Kraft können Wissenschaftler die grundlegenden Mechanismen aufdecken, die das zelluläre Leben steuern. Ein Forscherteam der Emory University unter der Leitung von Professorin Chunhui Xu stellte die Hypothese auf, dass Mikrogravitation zelluläre Veränderungen hervorrufen könnte, die Herzzellen widerstandsfähiger und überlebensfähiger nach einer Transplantation machen würden. Die Inspiration kam zum Teil aus früheren Forschungen, die zeigten, dass einige Arten von Krebszellen im Weltraum schneller proliferieren, was ein Zeichen dafür war, dass auch andere Zellen ein ungewöhnliches Verhalten zeigen könnten.

Wissenschaftlicher Durchbruch im Orbit

Das Forschungsteam der Emory University führte ein ausgeklügeltes Experiment durch, bei dem menschliche Herzzellen, die aus iPSCs gewonnen wurden, zur Internationalen Raumstation geschickt wurden. Um die Struktur und Funktion des menschlichen Herzens so originalgetreu wie möglich nachzuahmen, wurden die Zellen in mikroskopisch kleinen dreidimensionalen Sphäroiden organisiert. Diese Zellkulturen wurden für den sicheren Transport eingefroren und kurz vor dem Start aufgetaut. Parallel dazu blieben identische Kontrollgruppen von Zellen auf der Erde, um einen präzisen Vergleich zu ermöglichen. Während ihres Aufenthalts im Weltraum überwachten die Astronauten das Wachstum und Verhalten der Zellen mit einem Mikroskop und schickten Videos zur Erde. Nach der Rückkehr der lebenden Kulturen folgte eine detaillierte molekulare Analyse.

Unglaubliche Ergebnisse aus dem Weltraum

Die Ergebnisse, die in mehreren von Experten begutachteten Artikeln veröffentlicht wurden, darunter zwei in der renommierten wissenschaftlichen Zeitschrift Biomaterials, übertrafen die Erwartungen. Die Analysen zeigten, dass die Exposition gegenüber Mikrogravitation tiefgreifende Veränderungen auf genetischer und Proteinebene verursachte. Erstens vermehrten sich die Zellen deutlich schneller als ihre irdischen Gegenstücke. Diese Entdeckung hat einen direkten Einfluss auf eine der zentralen Herausforderungen – die Massenproduktion. Die Möglichkeit, eine große Anzahl von Herzzellen schneller zu erzeugen, könnte die Kosten erheblich senken und die Entwicklung zukünftiger Therapien beschleunigen. Zweitens, und vielleicht noch wichtiger, ergab die genetische Analyse eine verstärkte Expression einer ganzen Reihe von Genen, die für das Überleben der Zellen entscheidend sind. Es wurde eine erhöhte Aktivität in Signalwegen festgestellt, die mit der Zellentwicklung, der Stressreaktion, dem Überleben und dem Zellstoffwechsel zusammenhängen. Das bedeutet praktisch, dass die Weltraumumgebung die Zellen „trainiert“ hat, widerstandsfähiger, anpassungsfähiger und besser auf das Überleben in der feindlichen Umgebung eines geschädigten Herzens vorbereitet zu sein.

Die Forscher stellten fest, dass die Zellen, die sich im Weltraum aufgehalten hatten, mehr Proteine produzierten, die am Überleben beteiligt sind, und Anzeichen einer größeren Reife zeigten. Unreife Herzzellen können ein Risiko darstellen, da sie sich unkontrolliert teilen können, aber die Zellen aus dem Weltraum zeigten Eigenschaften, die sie sicherer und funktioneller machen. Wie Professorin Chunhui Xu erklärte, deren Labor diese Forschungen leitet, bietet die Weltraumumgebung eine unglaubliche Gelegenheit, Zellen auf neue Weise zu untersuchen. Das durch diese Forschung gewonnene Wissen könnte die Entwicklung einer völlig neuen Strategie zur Erzeugung von Herzzellen mit verbessertem Überleben ermöglichen, was den Patienten auf der Erde einen enormen Nutzen bringen würde. Diese Forschung verschiebt nicht nur die Grenzen der regenerativen Medizin, sondern öffnet auch die Tür zur Transformation der gesamten Landschaft der Behandlung von Herzerkrankungen und bietet Millionen von Menschen, die sie am dringendsten benötigen, Hoffnung.