Auswirkungen einer konditionellen Expression des Wachstumsfaktors ERBB2 auf künstliches Stammzell-abgeleitetes Herzgewebe (Engineered Heart Tissue, EHT)

Abstract

Kardiovaskuläre Erkrankungen sind die häufigste Ursache für ein frühzeitiges Ableben. Aktuelle Therapieoptionen können zwar unter bestimmten Bedingungen die Symptome nach einem Herzinfarkt mit Verlust von Herzgewebe lindern, doch die Revitalisierung des entstandenen Narbengewebes bleibt weiterhin eine Herausforderung. Experimentelle Therapien wie die Transplantation von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSC) abgeleiteten Kardiomyozyten können prinzipiell abgestorbenes Myokardgewebe durch neue Kardiomyozyten ersetzen. Ein zentrales Problem ist jedoch die geringe Effektivität dieser Ansätze, die durch sofortiges Ausschwemmen und Absterben der transplantierten Zellen erklärt werden. Eine temporäre Stimulation der Zellproliferation könnte eine Verbesserung erbringen. In dieser Arbeit wurde die Möglichkeit untersucht, die Proliferation von Kardiomyozyten mit einem Tetrazyklin-stimuliertem System reversibel zu induzieren. Dazu wurde eine bereits etablierte caERBB2-Zelllinie (Tre3G-caERBB2-GFP) verwendet, in der das Tet-On-System im AAV1-Safe-Harbor-Lokus der ERC001-Zelllinie integriert wurde. Sie ermöglicht die Induktion einer konstitutiv aktiven Variante des menschlichen ERBB2 durch Zugabe von Doxycyclin. Als Kontrollzelllinie diente Tet-GFP (Tre3G-Tet-GFP) die nur GFP aber nicht caERBB2 exprimiert. Beide Zelllinien reagierten auf Doxycyclin, was durch eine erhöhte GFP-Expression nachweisbar war. Mehrere Versuchsreihen verdeutlichten den Unterschied zwischen beiden Zelllinien. Bereits nach wenigen Tagen der Doxycyclin-Behandlung konnte bei der caERBB2-Zelllinie ein kompletter Verlust der physiologischen Kontraktionsfähigkeit beobachtet werden. Histologische Analysen wiesen zu diesem Zeitpunkt einen signifikanten Anstieg EdU-positiver Kerne im Vergleich zur Kontrollgruppe auf, was auf eine gesteigerte Zellproliferation hindeutete. Diese Interpretation wurde durch einen deutlichen Anstieg des Gesamt-DNAGehalts bestätigt. Die Sarkomerstruktur war, entsprechend der fehlenden Kontraktionsfähigkeit, nicht mehr erkennbar. Trotzdem zeigten die behandelten EHTs einen gegenüber unbehandelten Kontrollen gesteigerten Glukoseverbrauch, was auf eine deutliche Stimulation von energieverbrauchenden Signalwegen hindeutet. Interessanterweise zeigte sich drei bis vier Wochen nach gründlichem Auswaschen von Doxycyclin nicht nur eine signifikante Zunahme der Kontraktionskraft in der Tre3G-caERBB2- GFP-Zelllinie, sondern diese übertraf in allen Fällen die der unbehandelten caERBB2 Linie. Zudem war ein gesteigerter Glukoseverbrauch, begleitet von einer histologisch nachweisbaren Wiederherstellung der Sarkomerstruktur, feststellbar. Diese Beobachtungen deuten daauf hin, dass die transiente Induktion von caERBB2 letztlich zur Ausbildung von mehr kontraktionsfähigem Myokard führt. Die Kontrollzelllinie zeigte erwartungsgemäß keine relevanten Veränderungen in Physiologie, Anatomie oder Histologie. Lediglich die GFP-Expression war während und in geringerem Ausmaß auch nach der Doxycyclin-Behandlung sichtbar. Eine leichte, temporäre Verringerung der Kontraktionskraft wurde nach der Behandlung in dieser Zelllinie beobachtet, was möglicherweise auf die toxischen Eigenschaften von Doxycyclin zurückzuführen ist. Die Ergebnisse dieser Arbeit belegen und charakterisieren die Doxycyclin-regulierbare proproliferativen Wirkung von caERBB2 in der modifizierten Tre3G-caERBB2-GFP-Zelllinie und bilden die Grundlage für weiterführende Studien. Eine Übertragung der Resultate auf das Tiermodell wird derzeit am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf im Rahmen einer präklinischen Studie untersucht.