Microneedling am Herzmuskel für Infarktpatienten eine Hoffnung?

von Robert A. Gebhardt 18. Juli 2019

Innovative Kombination aus Stammzelltherapie und Microneedling am Herzmuskel für Infarktpatienten als neue Hoffnung in der Medizintechnik. Die Übertragbarkeit vom Tierversuch auf den Menschen könnte schon bald durchaus möglich sein.

Stammzelltherapie und Microneedling, eine innovative Kombination in der Medizintechnik

Der Herzinfarkt ist in den Industrienationen immer noch eine der häufigsten Todesursachen. Die Mortalitätsrate bleibt sehr hoch, auch nach der Entlassung aus der stationären Betreuung im Krankenhaus. Die Überlebenden haben häufig mit Funktionseinschränkungen zu kämpfen, die ihre Leistungsfähigkeit und ihre Lebensqualität beeinträchtigen und sie nach dem heutigen Stand der ärztlichen Möglichkeiten ein Leben lang begleiten. Neueste Entwicklungen in der medizinischen Forschung geben Hoffnung, dass sich das bald ändern könnte. Forscher der North Carolina State University in Raleigh, der Hauptstadt des US Bundesstaates, haben Untersuchungen an Ratten und Schweinen mit einem Medizinprodukt durchgeführt, dass die Folgen eines Infarktes abmildern kann. Das Verfahren, das sie angewendet haben, verbindet modernste Medizintechnik mit den Erkenntnissen der Stammzelltherapie. Inwieweit die Ergebnisse auf den Menschen übertragbar sind, müssen die weiteren Forschungen und Entwicklungen zeigen. Um die Intentionen der Wissenschaftler zu verstehen, ist es wichtig zu wissen, was bei einem Myokardinfarkt passiert und welche Folgen er haben kann.

Ablauf und Folgen eines Herzinfarkts

Ein Myokardinfarkt ist zwar ein fulminantes und akutes lebensbedrohliches Geschehen, kommt in der Regel aber nicht aus heiterem Himmel. Er entsteht meistens auf der Basis einer Koronaren Herzkrankheit (KHK), die wiederum eine Folge von arteriosklerotischen Veränderungen an den Herzkranzgefäßen (Koronararterien) ist. Im Verlauf dieser Erkrankung bilden sich sogenannte Plaques in den Arterienwänden, die langsam nach innen wachsen und das Volumen der Gefäße verkleinern. Starke Einengungen können zu Angina Pectoris Anfällen mit plötzlichen Brustschmerzen, einem intensiven Enge- und Beklemmungsgefühl hinter dem Brustbein und Atemnot führen. Diese anfallsartigen Geschehnisse müssen als Vorboten für einen Infarkt gesehen werden. Dieser entsteht bei einem vollständigen Verschluss eines oder mehrerer Koronargefäße durch Thromben, die sich von den Plaques ablösen. Die Symptome sind denen bei einem Angina Pectoris Anfall ähnlich, aber noch intensiver. Hinzu kommen Todesangst und der sogenannte Vernichtungsschmerz. Durch die komplette Verstopfung wird das zugehörige Versorgungsgebiet nicht mehr ausreichend mit Blut versorgt, es wird ischämisch und stirbt nach 15 bis 30 Minuten ab. Etwa 20 % aller Myokardinfarkte sind symptomlos und werden als stumme Infarkte bezeichnet. Meistens werden sie als Zufallsbefund bei einer Routineuntersuchung im EKG entdeckt. Häufig ist ein Infarkt aber mit einem fulminanten akuten Geschehen verbunden. Die typische Herzinfarktsymptomatik geht mit Blutdruckabfall, Arrhythmien und einer verringerten Pumpleistung einher. Dies macht sich besonders in der Peripherie, den herzfernen Blutgefäßen und an bestimmten Körperpartien in Form von schweißiger und blasser Haut, manchmal auch mit zyanotischer, bläulich-/ violetter Hautverfärbung bemerkbar. Der Untergang von Gewebe und die darauf folgende Reaktion des Körpers spiegelt sich in bestimmten Blutwerten wider, die die Diagnose bestätigen und zur Verlaufskontrolle während der Heilungsphase wichtig sind. Die Sterberate nach einem Herzinfarkt ist daher sehr hoch und beträgt im Durchschnitt in einem Zeitraum von 5 Jahren ca. 25 Prozent. Die Überlebenden haben damit zu kämpfen, dass das abgestorbene Herzmuskelgewebe unwiederbringlich verloren und nicht mehr durchblutet ist. Die Gewebeheilung lässt Narbengewebe am Herzmuskel zurück, das funktionell keine Bedeutung mehr hat und als nicht regenerierbar gilt. Die unmittelbarste Folge ist die Reduzierung der Pumpleistung des Herzens und damit auch der körperlichen Leistungsfähigkeit, in der Intensität abhängig von der Größe und der Lokalisation der Schädigung am Herzen.

Für alle, die unter den Folgen eines Herz- bzw. Myokardinfarktes leiden und in ihrer Lebensqualität gemindert sind, geben die neuesten Versuche der Forscher aus Amerika Hoffnung, dass sich in Zukunft etwas an ihrem Zustand ändern und verbessern lässt.

Können Pflaster mit Nadeln Herzinfarktschäden wirklich reparieren?

Versuche mit Stammzellen aus Herzgewebe, um verloren gegangenes und vernarbtes Herzmuskelgewebe wieder zu reparieren, gibt es schon lange. Dafür wurden bisher direkte Muskelinjektionen oder Infusionen über die Herzgefäße verwendet. Die Ergebnisse dieser Versuche sind zwiespältig. Sie zeigen einerseits, dass die Stammzellen grundsätzlich das Potenzial haben, regenerative Prozesse im betroffenen Gewebe in Gang zu setzen. Andererseits fällt auf, dass sie vom Wirtsgewebe nicht lange festgehalten werden und ihre Wirkung schnell verpufft. Um das zu verhindern, haben die Forscher in North Carolina ein spezielles Kissen entwickelt, das die Stammzellen enthält und auf dem geschädigten Gewebe befestigt wird. Es ist an der Unterseite mit vielen Mikronadeln aus Polyvinylalkohol bestückt, die es verankern und Kanäle zum Wirtsgewebe bilden. Diese leiten die von den Stammzellen kontinuierlich abgegebenen Wirkstoffe ins Innere des Gewebes, wo sie langsam aufgenommen werden und nicht sofort wieder verloren gehen. Erste Ergebnisse zeigen, dass diese als Microneedling bezeichnete Medizintechnik im Gegensatz zu allen vorherigen Verfahren die Integration der transplantierten Stammzellen mit dem Wirtsgewebe ermöglicht, weil die Nadeln das Kissen fixieren.

Die Versuchsanordnung

Die Forscher haben ihre Tests an Ratten und Schweinen durchgeführt. Dazu leiteten sie zunächst Maßnahmen ein, um bei den Versuchstieren einen Herz-/ Myokardinfarkt zu provozieren. Direkt anschließend platzierten sie in einer Operation an der offenen Brust die mit Stammzellen und Mikronadeln versehenen Kissen auf dem geschädigten Herzmuskelgewebe. Eine Vergleichsgruppe wurde entweder überhaupt nicht versorgt oder erhielt Patches, die nicht mit Nadeln fixiert wurden. Die einzelnen Kissen hatten in der Regel eine Größe von 5 mal 5 mm bei Ratten und ca. 2,5 mal 2,5 cm bei Schweinen und bestanden aus Kunststoff. Die Unterseite war mit lebenden Stammzellen aus kardialem Stromagewebe und 400 Mikronadeln aus polymerem Polyvenylakohol (PVA) bestückt. Diese Nadeln sind mikroskopisch klein, aber stabil genug um das Herzgewebe zu durchdringen und die Kissen an Ort und Stelle zu verankern. Sie hinterlassen nur geringe Schäden im Myokard, der Wandschicht des Herzmuskelgewebes, welche funktionell keine große Bedeutung hat. PVA hat den Vorteil, dass es eine hohe Bioverfügbarkeit hat, gelöste Stoffe gut transportieren kann und nur langsam abgebaut wird. Das bedeutet, dass eine nachhaltige Freisetzung der von den Stammzellen produzierten regenerativen Faktoren gewährleistet ist, ohne die Produktionsfähigkeit zu beeinflussen.

Die Kissen verblieben bei den Schweinen für 48 Stunden auf dem geschädigten Gewebe. Anschließend wurden die Versuchstiere eingeschläfert und die entnommenen Herzen für die weiteren Untersuchungen präpariert. Bei den Ratten war die Vorgehensweise etwas anders. Die Anwendung blieb drei Wochen auf dem geschädigten Gewebe. Nach 48 Stunden und am Ende der Zeit wurden die Herzfunktionen von einem unabhängigen Tierkardiologen per Ultraschall untersucht. Das weitere Verfahren entsprach dem bei den Schweinen.

Ergebnisse

Ein für die Forscher wichtiges Ergebnis war die Tatsache, dass das PVA die Produktionsfähigkeit der Stammzellen nicht beeinträchtigte. Damit hat sich diese Versuchsanordnung grundsätzlich bewährt und kann als Basis für zukünftige Untersuchungen angesehen werden.

Zu den eigentlichen Versuchsergebnissen sollte noch einmal daran erinnert werden, dass das Verfahren unmittelbar beziehungsweise kurz nach der Induzierung des Infarktes zur Anwendung kam und immer im Zusammenhang zu den Vergleichsgruppen gesehen werden muss. Unter Berücksichtigung dieser Gesichtspunkte lässt sich feststellen, dass der durch die Abtrennung der Blutzufuhr provozierte Zelltod (Apoptose) signifikant reduziert werden konnte. Ein großer Erfolg. Gleichzeitig konnte eine vermehrte Produktion von Kardiomyozyten im Infarktgewebe festgestellt werden. Diese Zellen sind für den Aufbau von neuem Myokardgewebe zuständig. Die auf Zellebene festgestellten Veränderungen konnten auch auf morphologischer und funktioneller Ebene bestätigt werden. Die Herzmuskelschicht war signifikant dicker als in der Vergleichsgruppe und die Pumpleistung deutlich erhöht. Beides deutet darauf hin, dass die regenerierenden Faktoren aus den Stammzellen nicht wie in anderen Anordnungen aus dem Gewebe ausgewaschen wurden. Die Folge ist die Reduzierung der sonst nach einem Myokardinfarkt ablaufenden Ab- und Umbauprozesse (Reparation) und der Aufbau von neuem funktionierendem Myokardgewebe (Myogenese).

Übertragbarkeit auf den Menschen und ein vorsichtiger Ausblick in die Zukunft

Grundsätzlich lassen sich Ergebnisse aus Tierversuchen nicht so einfach auf den Menschen übertragen. Dennoch berechtigen die Erkenntnisse, die die Wissenschaftler hier gewonnen haben, zur Hoffnung, dass in naher Zukunft ein Weg zur Verfügung steht, um die Folgen eines Infarktes abzumildern. Dazu müssen aber Humanstudien her, die die positiven Wirkungen auch am Menschen bestätigen. Bis es so weit ist, ist es noch ein weiter Weg, der einige Veränderungen mit sich bringt. Die erste Hürde, die genommen werden muss, ist das Operationsverfahren. Ziel der Mediziner ist es, die Belastung für den ohnehin geschwächten Organismus so gering wie möglich zu halten. Ein wichtiger Schritt dorthin wäre die Durchführbarkeit ohne Eröffnung des Brustkorbs mit einem minimal invasiven Eingriff. Von Vorteil wäre auch, wenn das Microneedling Patch sich nach dem Gebrauch von selber auflöst und nicht in einem weiteren Eingriff entfernt werden müsste. Inwieweit diese neue Medizintechnik auch bei länger zurückliegenden Infarkten angewendet werden kann, kann heute niemand sagen.

Fazit

Wissenschaftler der Universität North Carolina haben in Tierversuchen ein innovatives Medizinprodukt entwickelt, das vielversprechende Aussichten bei der Behandlung von Herzinfarktpatienten zeigt. Es ist ihnen gelungen, die Schwierigkeiten zu überwinden, die bisher bei der Nachhaltigkeit von Stammzelltherapien zur Gewebeheilung und zum Neuaufbau von Herzmuskelzellen bestand. Unter normalen Bedingungen wurden bisher die Wirkstoffe stark aus dem Herzgewebe wieder ausgewaschen und über den Blutkreislauf ausgeschieden. Der Durchbruch ist den Forschern mit einem Kissen gelungen, das mit lebenden Stammzellen besetzt ist und mit Mikronadeln auf dem geschädigten Gewebe platziert wird. Die Versuche an Ratten und Schweinen konnten signifikant gute Ergebnisse sowohl auf morphologischer als auch auf funktioneller Ebene erbringen. Das zeigte sich einerseits an einer Verdickung der Myokardwand und andererseits in einer erhöhten Pumpleistung im Gegensatz zu den Vergleichsgruppen. Schon aus der klassischen Therapie von Myokardinfarkten weiß man, dass eine schnelle medizinische Versorgung am besten unmittelbar nach dem Infarkt extrem wichtig ist, um Folgeschäden so gering wie möglich zu halten und Sterbefälle weitestgehend zu vermeiden. Die sich aus den Versuchen ergebenden, positiven Ergebnisse veranlassen jedenfalls zu Hoffnung, dass mit diesem Verfahren in naher Zukunft ein neues Medizinprodukt auf den Markt kommt, das Herzinfarktpatienten mehr Lebensqualität zurückgeben kann.

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