Metabolische Selektion von Kardiomyozyten und Generierung kardialer Monolayer aus embryonalen Stammzellen der Maus

Abstract

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind die häufigste Todesursache in Deutschland. Daher hat die Entwicklung neuer Therapiemöglichkeiten eine hohe Priorität. So wurden in den letzten Jahrzehnten bedeutende Fortschritte im pharmazeutischen Bereich wie auch in der Herzchirurgie erzielt. Jedoch gilt die Herztransplantation immer noch als Ultima Ratio, wenn andere Therapien nicht den gewünschten Erfolg bringen. Eine vergleichsweise neue Alternative stellt die Erforschung und Entwicklung von Herzgewebe im Labor im Zuge der regenerativen Medizin dar. Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über den aktuellen Forschungsstand bezüglich embryonaler Stammzellen der Maus sowie des Menschen und der Differenzierung von Kardiomyozyten im Zuge der Embryonalentwicklung in vivo sowie in vitro. Ferner werden die metabolischen Anpassungsvorgänge während der Differenzierung der Stammzellen hin zu Kardiomyozyten detailliert betrachtet. Diese Unterschiede ermöglichen die in vitro Selektion von Kardiomyozyten vor anderen Zellarten durch Nutzung von Laktat-supplementiertem Zellkultur-Medium. Im experimentellen Teil dieser Arbeit erfolgt die Anwendung und Optimierung der Laktat- Selektion auf die verwendeten CCE-Stammzellen der Maus. Dabei kann ein Einfluss der Zellkulturdauer auf den Erfolg der Selektion gezeigt werden. Der Behandlungsbeginn mit Laktat-Medium für 4 Tage ab Tag 7 der Differenzierung führt dabei zuverlässig zu Ausbeuten >95%. Es kann eine Reduktion des Anteils von frühen Differenzierungsstadien auf die Gesamtheit der Kardiomyozyten durch Zugabe des intrazellulären Calcium-Chelators BAPTA-AM gezeigt werden. Es erfolgt der Nachweis einer frequenzsteigernden Wirkung von Resveratrol auf metabolisch selektierte Kardiomyozyten. Dieser Effekt ist bei älteren Kardiomyozyten ausgeprägter, jedoch relativ gering im Vergleich zu Isoprenalin. Darüber hinaus werden konfluente, kardiale Monolayer experimentell hergestellt, welche eine funktionelle Kopplung der Erregungsausbreitung aufweisen. Als entscheidende Einflussfaktoren auf die Größe und Konfluenz der Monolayer können die verwendete Zellzahl und Konzentration der Zellen identifiziert werden.