Maßgeschneiderte Therapien in der Zukunft?

Atlas des menschlichen Herzens vorgelegt

Nutzung von Herzen Hirntoter

Für ihre Arbeit konnten die Forscherinnen und Forscher sieben weibliche und sieben männliche Herzen hirntoter, aber herzgesunder Spender/-innen zwischen 40 und 75 Jahren aus Europa und den USA nutzen, die für eine Transplantation aus unterschiedlichen Gründen nicht in Frage kamen. Um die Herzzellen möglichst genau zu charakterisieren, haben die Forscher/-innen untersucht, welche Gene in den einzelnen Zellen und Zellkernen aus sechs verschiedenen Herzregionen jeweils angeschaltet sind. Dazu gehörten die rechten und linken Vorhöfe und Kammern, die Herzspitze (Apex) und das Ventrikelseptum, das die beiden Herzkammern voneinander trennt. Das Herz ist schließlich ein ziemlich heterogenes Organ. Die Blutdruckunterschiede zwischen den rechten und linken Vorhöfen und Kammern beispielsweise sind ganz enorm.

Einsatz von maschinellem Lernen und Bildgebungsverfahren

Mit modernen Methoden der Einzelzellsequenzierung, die sie zuvor an die Besonderheiten des Herzgewebes angepasst hatten, mit maschinellem Lernen und Bildgebungsverfahren haben die Wissenschaftler/-innen herausgefunden, dass sich die Zellen in diesen Regionen stark voneinander unterscheiden. In jeder Region gab es ein spezifisches Set von Zellen, was Unterschiede in der Entwicklung unterstreicht und möglicherweise zu unterschiedlichen Reaktionen auf eine Behandlung führt.

Unterschiedliche Muster der Genexpression

Alle bisher bekannten Zelltypen des Herzens besitzen außerdem zahlreiche Subtypen. Es gibt beispielsweise nicht die eine Herzmuskelzelle, sondern viele verschiedene Kardiomyozyten mit teilweise ganz unterschiedlichen Funktionen. Die Genexpressionsmuster legen nahe, dass manche von ihnen mit einer viel höheren Stoffwechselrate umgehen können als andere. Warum das so ist, können die Forscher/-innen noch nicht sagen. Auch bei den Fibroblasten, die das Bindegewebe des Organs ausmachen, fanden sie sehr unterschiedliche Muster der Genexpression.

Einsatz von zu viel Gerüstmaterial

Nach einem Herzinfarkt versuchen die Fibroblasten, so viel geschädigtes Herzgewebe wie möglich mit einem stützenden Gerüst zu ersetzen. So soll es weiterhin den Kräften standhalten, die mit einem normalen Herzschlag verbunden sind. Manchmal setzen sie dabei zu viel Gerüstmaterial – oder extrazelluläre Matrix (ECM) – ein. Dieses zusätzliche Narbengewebe führt oft zu Herzrhythmusstörungen und Herzversagen.