E. R. SchwarzM. PattersonR. A. Kloner

Kardiomyozytentransplantation – eine „Frischzellenkur“ zur Gewebsreparaturin infarzierten Herzen?

ÜBERSICHTZ Kardiol 87:1–7 (1998)© Steinkopff Verlag 1998

Myocyte engraftment to replacejeopardized and dead myocardialtissue – fad or future?

Summary Cardiomyocytes lose theability to proliferate after birth. Sub-sequently, irreversible cellular damage,e.g., during myocardial infarction,causes loss of functional properties andcell replacement by fibrotic tissue. It is,therefore, not surprising that cell re-placement strategies such as cardio-myocyte transplantation in damagedmyocardium or scar tissue has gainedwidespread interest. In other speciessuch as mice, rats, and dogs, the tech-nical feasibility of skeletal myoblast-,satellite cell-, and fetal cardiomyocyteengraftment into normal and diseasedmyocardium has been demonstrated bysimple injection methods. Repeatedly,it has been shown that transplantedcells may survive for weeks withinhost myocardium and build intercellu-lar connections such as gap junctionsand desmosomes. In contrast, graft-host connections have not, as yet, been

convincingly demonstrated. Hypotheti-cally, cell transplants might exhibit thefollowing functional properties: stabi-lization of diseased tissue to preventstructural remodeling; carrier for re-combinant proteins, growth factors ordrugs to induce molecular alterationsof host myocardium; and improvementof regional and global myocardialfunction due to active contractility.However, clear evidence of coordi-nated contractility of transplanted cells,and, thus, of a clinically relevant thera-peutical use of cardiomyocyte trans-plantation as a replacement strategy fordamaged host cardiac cells, remains tobe demonstrated.

Key words Cardiomyocytes – celltransplantation

Zusammenfassung Kardiomyozytenkönnen sich im Gegensatz zur quer-gestreiften Skelettmuskulatur nichtteilen und regenerieren, so daß ein irre-versibles Zelltrauma automatisch irre-versiblen Zell- und Funktionsverlustzur Folge hat. Im Falle eines Myo-kardinfarktes bedeutet dies Ersatzdifferenzierter Herzmuskulatur durchfunktionsloses Bindegewebe mit Bil-dung einer Narbe. Ein theoretisch viel-versprechender Therapieansatz ist dieTransplantation fötaler oder genetischmanipulierter Kardiomyozyten in ge-schädigtes, dysfunktionierendes oderabgestorbenes Myokard. Durch Trans-

plantation von Myoblasten, Skelett-muskel-Satellitenzellen und fötalerKardiomyozyten ist die technischeDurchführbarkeit einer zellulärenTransplantation in syngene und xeno-gene Versuchstiere wie Maus, Ratteund Hund durch relativ einfache Injek-tionstechnik in gesundes und geschä-digtes Myokard gezeigt worden. Histo-logisch-morphologische Studien zei-gen, daß sowohl Myoblasten als auchfötale Kardiomyozyten myokardialeTransplantate mit interzellulären Kon-nektionen wie gap junctions undDesmosomen ausbilden und bis zuBeobachtungszeiträumen von 8 bis 10 Wochen überleben. Erfolgreichtransplantierte und überlebende Zellenkönnen theoretisch drei Funktionenausüben: 1. eine Stabilitätsfunktion zurVerhinderung struktureller Umbauvor-gänge, 2. eine Carrierfunktion zur loka-len Applikation rekombinanter Proteineund Wachstumsfaktoren, zum Beispielzur Induktion molekularer Veränderun-gen des Empfängermyokards und 3. eine Unterstützung regionaler oderglobaler Kontraktilität durch mit demEmpfängermyokard koordinierte Ei-genkontraktionen. Inwieweit allerdingsdiese Funktionen und vor allem einefunktionelle Unterstützung des Myo-kards durch transplantierte Zellen mög-lich und therapeutisch anwendbar sind,ist zum jetzigen Zeitpunkt ungeklärt.

Schlüsselwörter Kardiomyozyten –Zelltransplantation Z

FK

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Eingegangen: 2. April 1997Akzeptiert: 5. Juni 1997

Dr. E. R. Schwarz (✉)M. Patterson · R. A. KlonerThe Heart InstituteGood Samaritan Hospital1225 Wilshire BoulevardLos Angeles, California 90017, USA

Einleitung

Während sich die Herzkreislaufphysiologie seit mehr als 25 Jahren mit der Frage der Verhinderung ischämischer Zell-schädigung im Sinne von Infarktgrößenreduzierung oderIschämietoleranzerhöhung befaßt, hat dies mit Ausnahme derakut und prognostisch relevanten, möglichst raschen Wieder-eröffnung eines Infarktgefäßes durch Thrombolyse oderAkut-PTCA relativ geringen klinischen Input gefunden. Ne-ben der Verhinderung eines Zellschadens ist das vorrangigeZiel im klinischen Alltag die Behandlung desselben, soferndieser bereits eingetreten ist. Medikamentöse Therapie kon-zentriert sich hierbei auf Myokardentlastung und Kontrak-tionsunterstützung, um eine adäquate Funktion des nicht –oder nur reversibel – geschädigten Rest-Myokards zu ge-währleisten. Dies ist bei myokardialer Schädigung essentiell,da Herzmuskelzellen postnatal die Fähigkeit zur Teilung, Pro-liferation und Differenzierung weitestgehend verlieren und –im Gegensatz zu Skelettmuskelzellen – nicht ersetzt werdenkönnen. Der einzige Kompensationsmechanismus des Her-zens bei ausgeprägter Schädigung ist somit die Entwicklungeiner reaktiven Hypertrophie, wohingegen eine Hyperplasienicht stattfindet. Irreversible Zellschädigung bedeutet dem-nach unwiderruflichen Zell- und Funktionsverlust sowie Er-satz durch Bindegewebe, welches bar jedweder aktiven myo-kardialen Funktion als Narbe vorliegt. In Abhängigkeit vomAusmaß einer myokardialen Schädigung und einer klinischmanifesten Herzinsuffizienz steht als ultimative Therapie dieOrgantransplantation zur Verfügung. Aufgrund der hohen In-zidenz der Herzkreislauferkrankungen mit Folge einer Herz-insuffizienz, der Mortalitätsrate und der begrenzten Ressour-cen (d. h. der Spenderorgane) versterben jedoch noch immerca. 30 % der Patienten auf der Warteliste vor Durchführungeiner Herztransplantation (2). Dies rechtfertigt die Suche nachtherapeutischen Alternativen.

Eine theoretisch vielversprechende und interessante Alter-native einer Ersatzstrategie („aus alt mach neu“) stellt derTransfer einzelner Zellen dar. Diese sogenannte „Zelltrans-plantation“ (oder „Zellimplantation“) ist zur Zeit Gegenstandder Forschung weltweit und findet Anwendung in verschie-denen Tierversuchsmodellen. Die Rationale für eine Zell-transplantation basiert auf der Vorstellung, transplantierteZellen entweder als Carrier für die lokale Applikation be-stimmter Pharmaka oder genetischer Produkte zu verwendenoder diese als funktionsfähige Substitutionseinheit zur Unter-stützung der Herzfunktion zu nutzen. Entsprechende Erfah-rungen mit der Möglichkeit klinischer Anwendung existierenim Bereich der Endokrinologie durch die Implantation vonhumanen Inselzellen in Pankreasgewebe von Typ-I-Diabe-tikern mit endokriner sekretorischer Funktion (33) und derNeurologie durch Implantation fötalen Gewebes bei Parkin-son-Patienten zur unterstützenden Dopaminsekretion (7, 36).In unserer Institution wird die Transplantation fötalen Hirn-

gewebes erfolgreich bei der Behandlung von Patienten mitMorbus Parkinson (18, 19) und seit relativ kurzer Zeit auchbei Chorea Huntington eingesetzt (29).

Da das Herz zu keiner Regeneration befähigt ist, stellt sichnaturgemäß die Frage nach der Anwendung einer Zell-Er-satztherapie in geschädigtem Myokardgewebe. Folgende 3Fragen sind aktuell Gegenstand experimenteller Studien:1. Ist eine Zelltransplantation (im Herzen) technisch durch-

führbar (feasibility)?2. Überleben transplantierte Zellen (survival) und können

diese eine Gewebseinheit ausbilden (inter-cell connection,cell-host connection)?

3. Können transplantierte Zellen eine gerichtete Funktion aus-üben und zur globalen Organfunktion beitragen (functionalproperties)?In der folgenden Übersicht wird die aktuelle Literatur

bezüglich intramyokardialer Zelltransplantationen unterBerücksichtigung dieser Fragen und eigener Studien dis-kutiert.

Die technische Durchführbarkeit von Zell-Transplantationen

Die ersten Hinweise für eine erfolgreiche Zelltransplantationresultierten aus Studien mit Myoblasten und Skelettmuskel-zellen sowie deren Transfer, zunächst in Skelettmuskulaturund später in Myokardgewebe. So konnte beispielsweisedurch Transplantation von Myoblasten in Muskelgewebe vonMäusen mit Muskeldystrophie vom Typ Duchenne eine Ver-mehrung dystrophin-positiver Muskelfasern (in zuvor dystro-phin-negativer Muskulatur) nachgewiesen werden (8, 27).Durch Anwendung transgener Mäuse mit einem Gen für β-Galaktosidase, welches in Myofilamentstrukturen, jedochnicht in Myoblasten nachweisbar ist, konnten nach 4 Wochennicht nur der erfolgreiche Myoblastentransfer, sondern auchneue Muskelfasern nachgewiesen werden (10). Diese Myo-blasten wurden von transgenen, neugeborenen Mäusen ge-wonnen, kultiviert und als Zellsuspension direkt an mehrerenStellen in den M. tibialis anterior injiziert. Histologisch fan-den sich Hinweise für eine Differenzierung von Myoblastenzu Muskelgewebe. Damit ergeben sich Hinweise für eine um-gebungsabhängige Entwicklung transplantierter Myoblasten,wenngleich eine umgebungsabhängige, zielgerichtete Funk-tionalität damit nicht bewiesen ist.

Können sich undifferenzierte Stammzellen zuKardiomyozyten entwickeln?

Im Gegensatz zur Herzmuskulatur besitzen Skelettmuskel-zellen sogenannte Satellitenzellen. Diese Zellen repräsen-tieren undifferenzierte Myoblasten, welche durch Muskel-schädigung aktiviert werden, sich zu Myozyten entwickeln

2 Zeitschrift für Kardiologie, Band 87, Heft 1 (1998)© Steinkopff Verlag 1998

und damit zur Regeneration von Skelettmuskulatur entschei-dend beitragen (4). Chiu und Mitarbeiter isolierten und kulti-vierten Satellitenzellen von Skelettmuskulatur und implan-tierten diese in durch lokale Kälteapplikation zerstörtes Myo-kardgewebe beim Hund. Bis zu 14 Wochen nach Zelltrans-plantation konnten histologisch und histochemisch vitale ge-streifte Muskelfasern zunächst ohne (26), in einer späterenStudie mit zentral lokalisierten Kernen und dem Aussehenvon Kardiomyozyten inmitten von Narbengewebe nach-gewiesen werden (5). Koh und Mitarbeiter fanden vitale,nicht weiter proliferierende, intrakardiale Myotubuli 3 Mo-nate nach Injektion von C2C12-Myoblasten (von Mäuse-Skelettmuskelsatellitenzellen) in Mäuseherzen mit Expres-sion von Skelettmuskel-Myosin-Schwerketten (14). DieseStudienergebnisse deuten darauf hin, daß undifferenzierteMyoblasten ebenfalls umgebungsabhängig sich zu zumindestmyokardähnlichen Zellen entwickeln können. Inwieweit je-doch derartig differenzierte, „neo-kardiogenetisch“ entstan-dene Zellen längerfristig, d. h. z. B. länger als 14 Wochenüberleben und funktionieren, ist bis dato nicht bewiesen (26).Insgesamt konnte zwar die sowohl technische Durchführbar-keit von Skelettmuskelzellen und Myoblasten als auch eineteilweise Differenzierung dieser Zellen gezeigt werden, aller-dings ist ein klinischer Einsatz im Sinne einer zellulärenErsatztherapie zum jetzigen Zeitpunkt nicht realisierbar. Diesbasiert zum einen auf dem ungeklärten Verbleib und Lang-zeitverlauf dieser transplantierten Zellen und zum anderen aufdem bis dato nicht bewiesenen prognostischen Nutzen inModellen mit Narbengewebe und Herzinsuffizienz. Aus die-sem Grunde ist es naheliegend, nicht gewebsfremde Zellen zutransformieren, sondern gewebsspezifische Zellen, d. h. Kar-diomyozyten, selbst zu transplantieren.

Können Kardiomyozyten unter Beibehaltung ihrer Funktiontransplantiert werden?

Fötale Herzmuskelzellen sind unabhängig von ihrer gewohn-ten Umgebung und hämodynamischen Belastung zur Prolife-ration und Differenzierung befähigt, sowohl nach Transplan-tation fötaler Rattenherzventrikel in die vordere Augen-kammer ausgewachsener Ratten (1) als auch nach Implan-tation fötaler Kardiomyozyten in das Peritoneum (17). EineGrößenzunahme und aktive Kontraktion konnte selbst 2 bis 3 Monate nach Implantation fötaler Rattenherzen in die vor-dere Augenkammer erwachsener Ratten nachgewiesen wer-den, sofern die transplantierten Herzen ausreichend gut vas-kularisiert waren (3). Li und Mitarbeiter transplantiertenerfolgreich Zellsuspension kultivierter fötaler (zu 92 %) undneugeborener Kardiomyozyten (zu 50 %) in das Bindegewebevon Rattenextremitäten (25). Nach 3 Wochen fanden dieAutoren vitale, organisierte und miteinander verbundeneSarkomere und Vaskularisierung in den Transplantaten.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, daß (fötale) Kar-diomyozyten transplantabel sind und sich in den beschriebe-nen relativ kurzen Beobachtungszeiträumen auch in artfrem-den Geweben zumindest teilweise differenzieren können.

Können Kardiomyozyten in Myokardgewebe transplantiertwerden?

Verschiedene Arbeitsgruppen befaßten sich mit der Trans-plantation von Zellen in Myokardgewebe. So konnten inFields Labor transplantable Zellinien mit dem atrial natriure-tischen Faktor (ANF) Simian Virus (SV) 40 T-Antigen-Onkogen gewonnen werden (AT-1 Zellen). Dieses SV 40 T-Antigen-Onkogen, welches in diesen Zellen unter die Kon-trolle des ANF Promotors gestellt ist, wurde nach subkutanerInjektion von rechts-atrialen Tumorkardiozyten aus trans-genen Mäusen gewonnen. Die AT-1 Zellen der transplanta-blen Tumorlinie (jedoch nicht die ursprünglichen Tumor-zellen) proliferieren in Kultur und repräsentieren hochgradigdifferenzierte Kardiomyozyten, welche über myokardspezifi-sche Gene verfügen (35). Implantation derartiger, proliferie-render Kardiomyozyten in Myokardgewebe von Empfänger-mäusen resultierte in vitalen, intramyokardialen Gewebs-transplantaten mit erhaltener Proliferation, d. h. Zellteilungs-fähigkeit, selbst noch 4 Monate nach Transplantation, wobeiallerdings keinerlei Verbindung zwischen Transplantatzellenund Empfängergewebe festgestellt wurde (15).

Dieselbe Arbeitsgruppe konnte zeigen, daß 2 Monate nachTransplantation von fötalen isolierten Kardiomyozyten vontransgenen Mäusen noch stabile intrakardiale Transplantateohne erhöhte Arrhythmieneigung oder Insuffizienzzeichender Empfängerherzen und ohne chronische Abstoßungsreak-tion vorhanden waren (34). Ferner konnten durch genetischeManipulation embryonaler pluripotenter Stammzellen (mitHilfe von Myosin-Schwerketten-Promotor und cDNA-kodie-render Aminoglykosid-Phosphotransferase) relativ reinehochdifferenzierte Myozytenkulturen gewonnen und dieseerfolgreich (d. h. mit nachfolgender Bildung intrakardialerZellverbände) in Myokardgewebe dystropher Mäuse trans-plantiert werden (12). Inzwischen konnten Transplantationenvon Kardiomyozyten nicht nur in syngenen, sondern auch inxenogenen, immunsupprimierten Empfängertieren durch-geführt werden (6).

Neben der erfolgreichen Implantation von Kardiomyo-zyten in normales Myokardgewebe haben sich mehrereArbeitsgruppen mit der Implantation von Kardiomyozyten inMyokardnarben und deren potentieller therapeutischer Be-deutung befaßt. Li und Mitarbeiter injizierten gereinigte, kul-tivierte, fötale Kardiomyozyten in Narbengewebe in Ratten-herzen, welches 4 Wochen zuvor durch lokale epikardialeKälteapplikation produziert wurde. Acht Wochen späterwurde histologisch kardiales, dem Transplantat entsprechen-

3E. R. Schwarz et al.Kardiomyozytentransplantation

des, weiterentwickeltes Gewebe im infarzierten Myokardnachgewiesen (23). Im Gegensatz dazu fand unsere Arbeits-gruppe morphologisch größtenteils unveränderte fötale Kar-diomyozyten 65 Tage nach Transplantation inmitten vonInfarktnarbengewebe in Rattenmyokard (Abb. 1) (20). Durchimmunhistochemische Analysen zum Nachweis von Alpha-Actinin-Isoformen, welche in fötalen, jedoch nicht in adultenKardiomyozyten vorkommen, konnten überlebende fötaleKardiomyozyten gefunden, eine Differenzierung zu adulten,

funktionsfähigen Kardiomyozyten allerdings nicht bewiesenwerden (Abb. 2). Ebenso wurden transplantierte humane Kar-diomyozyten 14 Tage nach Implantation in Myokardinfarkt-narben von Rattenherzen elektronenmikroskopisch undimmunhistochemisch weitgehend unverändert nachgewie-sen (20). Mit dieser und den zuvor genannten Studien wurdezwar wiederholt die Durchführbarkeit von Kardiomyozyten-transplantationen und das akute Überleben der Zellen in nor-malem und geschädigtem Myokard gezeigt, eine potentielle

4 Zeitschrift für Kardiologie, Band 87, Heft 1 (1998)© Steinkopff Verlag 1998

Abb. 1 Charakteristische elek-tronenmikroskopische Dar-stellung eines menschlichenKardiomyozyten, 30 Tage nachTransplantation in 9 Tage alteMyokardinfarktnarben vonRattenherzen. Die Zellmembran(bm) ist intakt, kleine Mitochon-drien, geringgradig entwickeltesrauhes endoplasmatisches Reti-kulum und wenig Myofilamentesind im Zytoplasma sichtbar. DieMyofilamente zeigen eine perio-dische Dichte (Pfeile), welches anembryonales Gewebe erinnert(sarkomertypische Z-Banden).Diese Zelle repräsentiert einen vitalen, fötalen Kardiomyozyten.Originalvergrößerung 10 000fach

Abb. 2 LichtmikroskopischeDarstellung einer immunohisto-chemischen Färbung unter Ver-wendung eines Antikörpers gegenAlpha-Actinin-Isoformen. Posi-tive Anfärbung erscheint grau (imZytoplasma). Dargestellt ist föta-les (alpha-Actinin-positives) Kar-diomyozytengewebe inmitten vonNarbengewebe 9 Tage nach Zell-transplantation in 8 Tage alteMyokardinfarktnarben vonRattenherzen. Zellkerne sindschwarz dargestellt, charakteri-stisch sind die deutlich dunkel-blau dargestellten Nucleoli.Alpha-Actinin-positive (fötale)Zellen konnten bis zum längstenBeobachtungszeitraum von 65Tagen nach Zelltransplantation inRattenherzen nachgewiesenwerden. Originalvergrößerung360fach

Differenzierung fötaler Zellen jedoch kontrovers beurteilt.Die potentiellen Induktoren einer Zelldifferenzierung fötalerKardiomyozyten, welche im embryonalen Status naturgemäßvorliegen und für eine spezifische Organentwicklung verant-wortlich sind, sind nicht bekannt und in adultem Herzgewebemöglicherweise nicht vorhanden oder benötigen eine Akti-vierung. Eine derartige Aktivierung könnte theoretisch durcheine lokale Entzündungsreaktion getriggert werden. Das Feh-len einer histologisch nachweisbaren Entzündung in unserenStudien (20, 21) könnte damit die fehlende (oder eine ver-zögerte) Differenzierung fötaler Kardiomyozyten erklären.Diese Prozesse sind jedoch weitestgehend unbekannt.

Neben einer Differenzierung bleibt die Frage nach dem Ver-bleib möglicher Interaktionen und einem längerfristigen Über-leben transplantierter Kardiomyozyten im Myokardgewebe.

Überleben und zelluläre Interaktion transplantierterKardiomyozyten

Neben den genannten Befunden haben mehrere Arbeitsgrup-pen transplantierte Zellen nach unterschiedlichen Zeitverläu-fen histologisch untersucht. Soonpaa und Mitarbeiter warenunter den ersten, die hochdifferenzierte Kardiomyozyten nachTransplantation fötaler Zellen aus transgenen Mäusen be-schrieben, die sich parallel zu den Empfängermyozyten an-ordneten, interzelluläre Verbindungen zu diesen aufwiesenund kaum von den Empfängerzellen zu unterscheiden waren(34). Im Gegensatz dazu konnten Koh und Mitarbeiter ausderselben Arbeitsgruppe keine subzellulären Verbindungenzwischen AT-1-Zellen und Empfängerzellen finden (15).Nach Implantation fötaler Zellen in dystrophes Hundemyo-kard entwickelten sich allerdings ebenso gap junctions undDesmosomen an der Grenze zwischen Transplantat und Emp-fängermyokard (16). Connexin 43, ein essentielles Gap-junc-tion-Protein, ließ sich mittels konfokaler Lasermikroskopienachweisen. Nach Transplantation fötaler Kardiomyozyten inInfarktnarben von Rattenherzen, einem etablierten Modell inunserem Labor (11, 28), fand unsere Arbeitsgruppe morpho-logisch keine interzellulären Verbindungen zwischen trans-plantierten Zellen und Empfängerzellen (20).

Unabhängig von derartigen Kurzzeit- oder Intermediär-Beobachtungszeiträumen ist die Langzeitentwicklung von in-itial erfolgreich transplantierten Kardiomyozyten in Myo-kardgewebe nicht gänzlich geklärt, insbesondere in bezug aufmögliche spätere Abstoßungsreaktionen und Graft-Host-Interaktionen. Artifizielle Myokardschädigung, zum Beispielnach Koronarokklusion oder Kälteapplikation, initiiert einelokale Entzündungsreaktion, welche den Erfolg einer Zell-transplantation durch Makrophagen- und Lymphozyteninva-sion initial erschweren kann. So fanden Li und Mitarbeiterden optimalen Transplantationszeitpunkt 4 Wochen nachartifizieller Kälteschädigung des Myokards, wohingegen

Zellen, welche direkt nach oder 2 Wochen nach Myokard-schädigung – d. h. vor Abschluß der akuten Entzündungs-reaktion – transplantiert wurden, nicht überlebten (24). Selbstwenn transplantierte Zellen im Empfängermyokard überlebenund ohne interzelluläre Verbindungen zu Empfängerkar-diomyozyten vorliegen, könnten diese Zellen als Carrier fürrekombinante Proteine, Gene und Wachstumsfaktoren zur In-duktion funktionsfähiger Kardiomyozyten therapeutisch ininfarziertem oder myopathischem Myokardgewebe dienen(9). So konnten Koh und Mitarbeiter zeigen, daß genetischmodifizierte, transplantierte Myoblasten im Empfängermyo-kard rekombinante Wachstumsfaktoren (TGF-β1) langfristigexprimieren und dadurch im Grenzbereich zwischen Trans-plantat und Empfängermyokard die endotheliale DNA-Syn-these mit nachfolgender Angiogenese induzieren können(13). Damit ist eine Gentherapie durch lokale Applikation mitHilfe transplantabler, ex vivo vorbehandelter Zellen im Myo-kard experimentell gezeigt worden. Transplantierte Kardio-myozyten als potentielle Quelle für Wachstumsfaktorenkönnten die Effektivität einer Gentherapie im Gegensatz zuAdenoviren als Mediatoren längerfristig steigern, da einelokale Gentherapie mit Hilfe von Adenoviren von einer nichtunerheblichen Immunreaktion begleitet ist (22, 30).

Funktionelle Eigenschaften transplantierter Kardiomyozyten

Inwieweit tatsächlich undifferenzierte Skelettmuskelzellenim Sinne einer zellulären Kardiomyoplastie oder fötale odergenetisch manipulierte, in geringem Maße proliferations-fähige Kardiomyozyten geschädigtes Myokardgewebe erset-zen und eine gerichtete Funktion ausüben können, ist bislangungeklärt. Neben oben genannter potentieller Carrierfunktionwäre eine Zelltransplantation am ehesten sinnvoll, wenntransplantierte Myozyten 1. mechanisch Gewebe stabilisierenkönnten, z. B. zur Verhinderung struktureller Umbauvorgängewie Infarktexpansion oder Remodeling nach Myokardinfarkt,und 2. eine gerichtete koordinierte Funktion ausüben unddamit die globale Kontraktilität des Empfängerherzens unter-stützen könnten. Dieser zentrale Punkt eines potentiellen the-rapeutischen Nutzens einer Myokardzelltransplantation ist bisdato nur unzureichend untersucht. Li und Mitarbeiter beob-achteten spontane Kontraktionen fötaler und neonatalerKardiomyozyten von Ratten, die in das Subkutangewebe vonExtremitäten transplantiert wurden (25). Die Spontankon-traktionen entstammten aus sich über 7 Tage entwickelndemund bis zu 14 Tagen an Größe zunehmendem, myokardähn-lichen Gewebe, welches über organisierte Sarkomere, Des-mosome, Blutgefäße und interzelluläre Verbindungen ver-fügte. In 3 (von 4) Ratten konnte selbst nach 3 Monaten nochkontrahierendes Gewebe gefunden werden. Die Kontraktio-nen waren gerichtet, koordiniert und regelmäßig. Elektro-(„kardio“)graphisch erinnerten die Aktionen an idioventri-

5E. R. Schwarz et al.Kardiomyozytentransplantation

kuläre Rhythmen. Durch diese Ergebnisse inspiriert hat die-selbe Arbeitsgruppe die globale Herzfunktion nach Trans-plantation fötaler Kardiomyozyten in das durch lokale Kälte-Infarzierung (cryoinjury) induzierte Narbengewebe vonRattenmyokard gemessen. Die Herzen wurden 8 Wochen spä-ter exzidiert und die intraventrikuläre Druckentwicklung derisolierten, schlagenden Herzen in einer Langendorff-Perfu-sionsapparatur gemessen (23). Die Autoren fanden eine ver-besserte globale linksventrikuläre Funktion nach Zelltrans-plantation und eine reduzierte Narbenmasse im Vergleich zunicht transplantierten Kontrolltieren. Damit wurde erstmalsvon einer Arbeitsgruppe eine Verbesserung der kontraktilenFunktion nach Zelltransplantation gezeigt. Inwieweit dieseKontraktionsverbesserung jedoch durch eine reduzierte Nar-benexpansion oder aber durch eine aktiv-gerichtete Kontrak-tion des Transplantats verursacht wurde, ist unklar.

In einer weiteren Studie wurde von Scorsin und Mitarbei-tern echokardiographisch eine Verbesserung der Ejektions-fraktion, des Schlagvolumens, eine Verringerung linksventri-kulärer Diameter und histologisch eine Verringerung desInfarktausmaßes nach Koronarokklusion und Transplantationfötaler Kardiomyozyten in Rattenherzen gesehen (32). In die-sem Falle allerdings ist die verbesserte Ejektionsfraktion eherdurch eine geringere Infarktausdehnung als durch eine Zell-transplantation bedingt. Inwieweit diese Infarktgrößenredu-zierung in kausalem Zusammenhang mit der Myozytentrans-plantation steht, konnte bis dato nicht überzeugend gezeigtwerden. Zusammenfassend konnte eine gerichtete kontraktileFunktion in Kardiomyozytentransplantaten, unabhängig vonoder koordiniert mit der Kontraktion des Empfänger-myokards mit keiner Studie zweifelsfrei bewiesen werden.

Zusammenfassung und Zukunftsaussichten

Die Transplantation von Skelettmuskelzellen, Satellitenzel-len, kardialen Tumorzellen, fötalen, neonatalen und adultenKardiomyozyten in Myokardgewebe ist technisch durchführ-bar. Zellen oder Zellsuspensionen können sowohl in gesundesals auch in zerstörtes Myokardgewebe, d. h. in Bindegewebs-narben, injiziert werden, ohne die Funktion des Empfänger-myokards hämodynamisch oder elektrisch negativ zu beein-

flussen. Derartig transplantierte Zellen scheinen über einengewissen Zeitraum überleben zu können (im Falle von AT-1-Zellen maximal bis zu einem Beobachtungszeitraum von 4 Monaten (15), im Falle fötaler Myozyten bis zu 8 (34) oder10 Wochen (16). Beobachtungszeiträume darüber hinaus sindunzureichend untersucht worden, so daß chronische, länger-fristig deletäre Abstoßungsreaktionen nicht auszuschließensind. Alle zitierten Studien berichten über interzelluläre Ver-bindungen innerhalb der transplantierten Zellen, die zumeistmyokardähnliches Gewebe ausbilden. Kontrovers wird dieAusbildung von gap junctions und weiterer morphologischerVerbindungen zwischen Transplantat und Empfängermyo-kard diskutiert, welche die Voraussetzung für elektrische undmechanische Überleitungen darstellen. Eine interaktive Kom-munikation zwischen Transplantat und Empfänger scheintjedoch vorzuliegen. Transplantierte Kardiomyozyten könnentheoretisch eine Stabilitätsfunktion in einer gestörten Myo-kardstruktur darstellen. Andererseits jedoch ist zum jetzigenZeitpunkt ungeklärt, ob der Ersatz von Fibroblasten durchMyokardzellen wirklich positive Effekte auf das Myokardoder nicht längerfristig etwa elektrische und strukturelleInstabilität verursachen kann (37). Ferner können transplan-tierte Zellen eine Plattform für die Übertragung rekombinan-ter Proteine, Wachstumsfaktoren oder Gene zur Manipulationvon Bindegewebs- oder Myokardzellen darstellen, wobeiauch diesbezüglich die Effektivität entsprechender Vektorenund der lokalen Applikation in weiteren Studien zu prüfenbleibt (9, 13, 21). Inwieweit jedoch beispielsweise transplan-tierte rechtsatriale Kardiomyozyten als biologische Schritt-macher bei totalem AV-Block eingesetzt werden können, istsehr fraglich und nicht über hypothetisches Niveau heraus-gekommen (31).

Größte Unsicherheit herrscht bezüglich einer potentiellenkontraktilen Funktion, die entweder spontan, unkoordiniertoder gerichtet, in Assoziation mit kontraktilen Eigenschaftendes Empfängermyokards (unter Voraussetzung der entspre-chenden interzellulären Brücken und Interaktionen), diesezumindest theoretisch unterstützen kann. Sollte das durch dietechnisch relativ einfache Zelltransplantation möglich sein,könnte dies den Weg zu einer zellulären Substitutionstherapiegestörten oder abgestorbenen Myokardgewebes nach Myo-kardinfarkt oder bei Kardiomyopathie eröffnen.

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