FAQ
© 2015 Staats- und Universitätsbibliothek
Hamburg, Carl von Ossietzky

Öffnungszeiten heute09.00 bis 24.00 Uhr alle Öffnungszeiten

Eingang zum Volltext in OPUS

Hinweis zum Urheberrecht

Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-62336
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2013/6233/


Entwicklung eines Herzhypertrophiemodells in vitro basierend auf künstlichem Herzmuskelgewebe

Sörensen, Nils Arne

pdf-Format:
 Dokument 1.pdf (13.036 KB) 


SWD-Schlagwörter: Herzhypertrophie , In vitro , Fibrose , Phenylephrin , Endothelin
Freie Schlagwörter (Deutsch): Künstliches Herzmuskelgewebe , Nachlast , Kardiomyozyten
Freie Schlagwörter (Englisch): cardiac hypertrophy , afterload , engineered heart tissue
Basisklassifikation: 44.38 , 44.85 , 42.13
Institut: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin, Gesundheit
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Eschenhagen, Thomas (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 17.06.2013
Erstellungsjahr: 2013
Publikationsdatum: 26.06.2013
Kurzfassung auf Deutsch: Die Herzinsuffizienz ist aktuell die dritthäufigste Todesursache in Deutschland. Dabei ist der häufigste Risikofaktor für die Entwicklung einer Herzinsuffizienz eine Erhöhung der Nachlast, z. B. bei arteriellem Hypertonus. Das Herz reagiert auf eine Nachlasterhöhung mit Hypertrophie, definiert als Zunahme des Kardiomyozytenvolumens mit gesteigerter Proteinsynthese und höherer Sarkomerorganisation. Dadurch gelingt es zunächst, die Zusatzbelastung zu kompensieren und die Perfusion des Organismus sicherzustellen. Bei dauerhafter Überlastung des kontraktilen Apparats treten pathologische Veränderungen auf, wie Zunahme der extrazellulären Matrix und Untergang von Kardiomyozyten, was die Progression zur Herzinsuffizienz einleitet. Bislang war es nicht möglich, die reine Erhöhung der Nachlast für Kardiomyozyten in vitro zu untersuchen, und Experimente an Versuchstieren sind immer durch Anpassungsmechanismen des Organismus, wie eine Aktivierung der neurohumoralen Achse, beeinflusst. Um die Erhöhung der Nachlast für Kardiomyozyten in vitro zu ermöglichen, wurde ein Protokoll zur Herstellung künstlicher Herzmuskelgewebe auf Fibrin-Basis (EHTs) so modifiziert, dass der Kontraktionswiderstand der Gewebe massiv erhöht werden konnte. Endothelin-1 (ET-1)- oder Phenylephrin (PE)-stimulierte EHTs dienten als Positivkontrollen. Die wichtigsten der dabei gewonnenen Ergebnisse waren:
1) Durch Zugabe geringer Konzentrationen von Trijodthyronin konnten die spontanen Kontraktionen der EHTs trotz serumfreier Medienbedingungen über mehrere Tage erhalten werden.
2) Die Nachlasterhöhung führte zu einer Zunahme der Kardiomyozytenquerschnittsfläche um 28,4%, was mittels einer myozytenspezifischen Anti-Dystrophin-Färbung von EHT-Querschnitten mit anschließender automatisierter Zellflächenmessung festgestellt wurde. Die Stimulation durch ET-1 oder PE zeigte ein ähnliches Ausmaß der Hypertrophie (+40,5% bzw. +23,4%).
3) Die Erhöhung der Nachlast führte zu einer Aktivierung der Hypertrophie-assoziierten fetalen Gene ANP, BNP, β-MHC, α-skeletales Aktin und Herabregulation der sarkoplasmatischen Ca2+-ATPase SERCA2a. Für ANP und β-MHC wurde diese Aktivierung auch auf Proteinebene nachgewiesen.
4) In einer genomweiten Transkriptomanalyse fiel eine hohe Ähnlichkeit der Transkriptome der Interventionsgruppen untereinander auf. Die Gruppe der Nachlasterhöhung ähnelte dabei besonders der ET-1-Gruppe.
5) In immunhistochemischen Färbungen zeigten sowohl EHTs nach akuter Nachlasterhöhung als auch die ET-1- oder PE-stimulierten EHTs eine Zunahme von interstitiellem Kollagen I. Zudem fand sich eine Reihe von Fibrose-assoziierten Expressionsveränderungen. Elastin und Fibrillin-1, Vertreter der elastischen Fasern, zeigten eine deutlich geringere Transkriptkonzentration in den Interventionsgruppen als in Kontroll-EHTs, was eine Versteifung der Gewebe implizierte.
6) EHTs zeigten nach akuter Nachlasterhöhung eine Verlängerung der diastolischen Relaxation.

Viele der beobachteten Veränderungen sind Charakteristika der pathologischen Hypertrophie. Durch das hier vorgestellte Modell ist diese nun erstmals in vitro analysierbar. Dabei ist bemerkenswert, dass die Nachlasterhöhung alleine (ohne Kostimulation durch neurohumorale Faktoren) ausreichend ist, um eine pathologische Hypertrophie zu provozieren.
Kurzfassung auf Englisch: Congestive heart failure is the third most common cause of death in Germany. The major risk factor leading to a heart failure is an increase of afterload of the contracting muscle, e.g. due to hypertension. This rise is followed by hypertophy, which can be described as a increase of cardiomyocyte volume, protein synthesis and higher organization of sarcomeres. Therefore, it is possible to overcome the augmented workload and ensure the organism’s perfusion. Pathological changes, like growth of exctracellular matrix proteins and loss of cardiomyocytes, are caused by permanent overload of the contractile apparatus. This initiates the progression towards heart failure. A limitation of previous studies is its inability to analyze the sole increase of afterload for cardiomyocytes in vitro. Furthermore, recent studies using experimental animals were always influenced by regulations of the organism, e.g. an activation of neurohumoral factors. A protocol for manufacturing engineered heart tissue on a fibrin basis (EHT) was modified, so that the contraction resistance could be highly increased. Endothelin-1 (ET-1)- and phenylephrine (PE)-stimulated EHTs served as positive controls. The most important results were:
1) Adding small concentrations of trijodothyronine preserved spontaneous contractions of the EHTs over several days in spite of serum free medium conditions.
2) Afterload enhancement resulted in an increase of cardiomyocyte cross-sectional area by 28.4%. This was confirmed by myocyte specific anti-dystrophin-staining of EHT cross sections followed by automated and blinded measurement of cardiomyocyte size. Pharmacological stiumlation with ET-1 or PE showed similar increases of cell sizes (+40.5% or +23.4% respectively).
3) Increased afterload lead to the activation of hypertrophy-associated fetal genes ANP, BNP, β-MHC, α-sceletal actin and to downregulation of sarcoplasmatic Ca2+-ATPase SERCA2a. For ANP and β-MHC. This could also be demonstrated by a change in protein levels.
4) In a genomewide gene expression analysis the interventional groups bore high resemblance to each other. Therefore, the afterload enhanced group was notably similar to the ET-1-group.
5) Immunohistochemical staining for collagen I revealed a growth of interstitial collagen I in all interventional groups. In addition, there were fibrosis-associated transcriptional changes. Elastin and fibrillin-1, both elastic fibres, showed decreased transcript concentrations. This implicates an increase of tissue stiffness.
6) Diastolic relaxation was prolonged following the afterload’s enhancement.

Many of the observed alterations are characteristic for pathological hypertrophy. This model is the first to reproduce the demonstrated changes in an in vitro setting. Remarkably, afterload enhancement alone was sufficient to provoke pathological hypertrophy without costimulation of neurohumoral factors.

Zugriffsstatistik

keine Statistikdaten vorhanden
Legende