Laut der British Heart Foundation verursachen Herz- und Kreislauferkrankungen mehr als ein Viertel aller Todesfälle in Großbritannien – das sind rund 170.000 pro Jahr.
Forscher der University of Minnesota haben in einer bahnbrechenden Studie eine funktionierende menschliche Herzpumpe im Zentimetermaßstab per 3D-Drucker hergestellt. Dieses Mini-Herz könnte die Bekämpfung von Herzkrankheiten revolutionieren.
In früheren Ansätzen druckten Wissenschaftler Herzmuskelzellen (Kardiomyozyten) mithilfe pluripotenter Stammzellen – Zellen, die sich zu jedem Zelltyp im Körper entwickeln können. Sie programmierten diese Stammzellen zu Herzmuskelzellen um und druckten sie in eine dreidimensionale extrazelluläre Matrix. Trotz vielversprechender Ergebnisse fehlte es an der notwendigen Zelldichte für echte Herzfunktion.
Das Team der University of Minnesota kehrte den Prozess um.
„Zuerst expandierten wir die Stammzellen auf hohe Dichten in der Struktur, bevor wir sie zu Herzmuskelzellen differenzierten“, erklärt Prof. Brenda Ogle, leitende Forscherin und Leiterin der Abteilung für Biomedizinische Technik am College of Science and Engineering der University of Minnesota.
Mit dieser Methode erreichten sie in weniger als einem Monat eine ausreichend hohe Zelldichte, sodass die Zellen wie ein echtes menschliches Herz synchron kontrahierten.
„Ich konnte es kaum glauben, als wir die Schale im Labor betrachteten: Das gesamte Modell zog sich spontan und synchron zusammen und pumpte Flüssigkeit“, schwärmt Prof. Ogle.
Das 1,5 Zentimeter große Herzmuskelmodell ist so konzipiert, dass es in die Bauchhöhle einer Maus implantiert werden kann. Als geschlossener Beutel mit Ein- und Auslass ermöglicht es präzise Messungen der Blutpumpe im Körper.
„Nun haben wir ein Modell, das zell- und molekularbiologische Prozesse in einer herznahen Pumpstruktur nachvollzieht. Wir können Krankheiten simulieren und die Effekte von Medikamenten testen“, betont Prof. Ogle.
„Das Konzept wirkt einfach, die Umsetzung ist hochkomplex. Wir sehen enormes Potenzial für eine transformative Wirkung auf die Herzforschung.“