Verwendung von humanen induziert pluripotenten Stammzellen zur in vitro Krankheitsmodellierung der RASopathie-bedingten hypertrophen Kardiomyopathie

RASopathien zählen zur Gruppe der seltenen genetischen Erkrankungen, die mit Mutationen in Genen der Ras und Mitogen-aktivierten Proteinkinasen einhergehen. Durch diese Mutationen wird die Kontrolle wichtiger zellulärer Signaltransduktionwege gestört. Ein vorherrschendes Symptom bei betroffenen Patienten ist die Entwicklung einer schwerwiegenden hypertrophen Kardiomyopathie (HKM), die überwiegend perinatal, oder im frühen Kindesalter auftritt. Patienten-spezifische induziert pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) erlauben es, diese Krankheitsmechanismen in vitro anhand von herzspezifischen Stammzellderivaten zu untersuchen. Hierdurch gewonnene Erkenntnisse zur Pathogenese und Pathophysiologie können zur Identifizierung von neuen Therapiemöglichkeiten verwendet werden. Darüber hinaus können neue Wirkstoffkandidaten direkt in diesem System getestet werden.

In unseren Labors werden Fibroblasten von pädiatrischen Patienten mittels episomaler Reprogrammierungsfaktoren zu iPS-Zellen reprogrammiert. Aus diesen stellen wir dann die für unsere Studien benötigten Kardiomyozyten in großen Mengen her und reinigen sie anschließend durch metabolische Selektion zu hochreinen Kardiomyozyten-Kulturen auf. Die Manifestation des krankheitsspezifischen Phänotyps der patientenspezifischen iPSC-abgeleiteten Kardiomyozyten zeigt sich durch eine Fehlregulation des Zellzyklus unter dem Einfluss von externen Stimuli, die bei Kontroll-Zellen gesunder Spender nicht beobachtet werden kann. Um den pathophysiologischen Phänotyp noch besser untersuchen zu können verwenden wir die Methode der 3-dimensionalen Gewebezucht. In multizellulären Gewebekonstrukten werden die Patienten-Kardiomyozyten zur weiteren Reifung stimuliert, damit sich die Pathophysiolgie zur weiteren Untersuchung noch besser ausprägen kann als unter 2D-Kulturbedingungen. Die speziell für diese Anwendung konzipierten Bioreaktoren, sollen eine weitere Reifung durch entsprechende elektrische und mechanische Reize fördern. Letztere werden auch als sogenanntes Read-out -System verwendet, um pharmakologische Substanzen auf ihre therapeutische Wirksamkeit an den miniaturisierten künstlichen Herzmuskelkonstrukten zu testen.