News/Presse
Leibniz-Gemeinschaft vom 15. Mai 2020
Zellstruktur von Mäuseherzen entschlüsselt
Forschenden ist es gelungen, die Zellstrukturen erwachsener Mäuseherzen vollständig darzustellen – ein Schlüssel für bessere Heilungschancen beim Menschen.

Einem interdisziplinären Forscherteam, bestehend aus Wissenschaftlern des Leibniz-Institutes für Nutztierbiologie (FBN) in Dummerstorf und der Universität Rostock, ist es gelungen, die Zellpopulationen und insbesondere die Subpopulationen im Herzen erwachsener Mäuse vollständig zu entschlüsseln und auch die Dynamiken der einzelnen Zellgruppen aufzuzeigen.

„Dabei wurde auch eine Gruppe von Gefäßwandzellen entdeckt, die Eigenschaften von Herzmuskelzellen aufweisen. Da Herzmuskelzellen sich im Allgemeinen nicht mehr teilen können, weshalb es nach einem Infarkt zu bleibenden Schäden kommt, wäre die Entdeckung einer Quelle zur Bildung neuer Herzmuskelzellen vor allem für die regenerative Herzmedizin von besonderer Bedeutung“, betonte Dr. Anne-Marie Galow vom Institut für Genombiologie am FBN. Um die zelluläre Zusammensetzung eines kompletten Organs zu erfassen, wurden erstmalig tausende Zellkerne aus dem Herzen ausgewachsener Mäuse sequenziert, bioinformatisch analysiert und so bestimmten Zellpopulationen zugeordnet.

Der Forschungserfolg wurde im Rahmen des Verbundforschungsvorhabens „Programmierte Herzschrittmacherzellen zur in vitro Medikamententestung (iRhythmics)“ erzielt und Anfang des Jahres in „Cells“, einer internationalen Open-Access-Zeitschrift für Zellbiologie, Molekularbiologie und Biophysik veröffentlicht*. Erstautoren sind Dr. Anne-Marie Galow (FBN) sowie Paula Müller (Klinik für Herzmedizin, Universitätsmedizin Rostock) und Markus Wolfien (Lehrstuhl für Systembiologie und Informatik, Universität Rostock).
Das Projekt, das von der EU und der Landesregierung MV mit rund zwei Millionen Euro gefördert wird, läuft seit Oktober 2018. Beteiligt ist unter Federführung der Universitätsmedizin und Universität Rostock (Prof. Dr. Robert David) neben dem Institut für Genombiologie am FBN in Dummerstorf die Universitätsmedizin Greifswald. Ziel des Projektes der Landesexzellenzforschung ist es, aus unreifen Herzmuskel-Vorläuferzellen schlagende Herzmuskelzellen, sogenannte „programmierte Herzschrittmacherzellen“ herzustellen. Diese bieten die Möglichkeit, neuartige Medikamententests für Herz- und Kreislauferkrankungen in der Petrischale und ohne Tierversuche durchzuführen. Das FBN ist in dem Gemeinschaftsprojekt für die umfassenden Genexpressionsanalysen der programmierten Schrittmacherzellen und die Auswertung der Daten zuständig.

Neue Erkenntnisse über die Dynamik und Vernetzung von Herzzellen

Die zelluläre Zusammensetzung einiger anderer Organe konnte bereits zuvor erfasst werden. „Das Herz stellte jedoch eine besondere Herausforderung dar, weil die Herzmuskelzellen aufgrund ihrer Größe, Länge und Form nicht mit den Standard-Systemen bearbeitet werden konnten“, erläuterte Dr. Anne-Marie Galow. „Aus diesem Grund haben wir einen alternativen Ansatz gewählt, der zuvor nur in der Neurologie beschrieben wurde. Nervenzellen können ebenfalls sehr groß werden und sind dazu noch verzweigt. Mit der noch sehr neuen Methodik der Einzelkernsequenzierung haben wir ganze erwachsene Säugetierherzen untersucht und 24 verschiedene Zellcluster identifiziert. Analysen auf zellulärer Ebene sind unabdingbar, um unser Verständnis komplexer Gewebe wie des Säugetierherzens zu erweitern“, so die Humanbiologin.

Die Aufklärung der zellulären Zusammensetzung der einzelnen Organe und das Anlegen von Zellmarkerprofilen der einzelnen Zelltypen ist aufwändige Pionierarbeit in der Grundlagenforschung. Die gewonnenen Daten liefern der Wissenschaft jedoch wertvolle neue Erkenntnisse über die Dynamik und Vernetzung von Herzzellen und helfen, bestimmte molekularbiologische Prozesse besser zu verstehen.
Insbesondere die Ergebnisse zu den erstmals spezifizierten Gefäßwandzellen sind vielversprechend für eine künftige Anwendung in der regenerativen Herzmedizin, zur Wiederherstellung von durch Krankheit oder Unfall geschädigten kardiologischen Zellen, Geweben und Organen. „Auf lange Sicht kann die Sequenzierung auf Einzelzellebene genutzt werden, um krankhafte Veränderungen in Organen bestimmten Zellpopulationen zuzuordnen und so in Zukunft gezieltere Therapieansätze zu ermöglichen“, so die Wissenschaftlerin.

In einem weiteren Schritt sind nun entsprechende Analysen mit Schweineherzen geplant. Diese ähneln dem menschlichen Herzen weitaus stärker. Zudem haben sie als potenzielle Quelle für Xenotransplantate in den letzten Jahrzehnten in der Herz-Kreislauf-Forschung zunehmend an Bedeutung gewonnen.

Originalpublikation

Single-Nucleus Sequencing of an Entire Mammalian Heart: Cell Type Composition and Velocity
Cells 2020, 9(2), 318; https://doi.org/10.3390/cells9020318, Published: 28 January 2020
www.mdpi.com/2073-4409/9/2/318

Ostseezeitung vom 26. Mai 2020
Herzkrankheiten dank Forscher aus MV bald besser heilbar?
Forscherteam aus MV entschlüsselt Zellstrukturen des Herzens. Mit Hilfe eines Mäuseherzens ist es den Wissenschaftlern in Dummerstorf (Landkreis Rostock) gelungen, herauszufinden, dass es Zellen gibt, die sich erneuern können. Herzkranke könnten bald davon profitieren.

Dummerstorf Mehr als zwei Jahre haben sie geforscht. Nun hat das interdisziplinäre Team aus Wissenschaftlern der Universitätsmedizin Rostock, des Leibniz-Institutes für Nutztierbiologie in Dummerstorf (FBN), der Universität Rostock und der Universitätsmedizin Greifswald herausgefunden, welche Zelle im Herz für was verantwortlich ist. „Es wird weltweit geforscht, aber wir sind mit unserem Ergebnis relativ weit vorn“, sagt Dr. Ronald Brunner vom Leibniz-Institut stolz.

Experimentiert wurde dabei an einem Mäuseherz. Um die zelluläre Zusammensetzung des kompletten Organs zu erfassen, wurden erstmalig tausende Zellkerne aus dem Herzen einer ausgewachsenen Maus entnommen, analysiert und bestimmten Zellpopulationen zugeordnet.

„Mäuseherzen sind ein sehr gutes Modell, weil sie von der Physiologie ähnlich funktionieren wie beim Menschen“, erklärt Brunner. Die Mäuse werden für die Forschung eigens in Dummerstorf gezüchtet.

Forscher finden Zellen im Herz, die sich teilen

Ging man bisher davon aus, dass Herzzellen von ausgewachsenen Säugern und Menschen sich nicht mehr teilen und somit nicht mehr vermehren, hat die Gruppe nun herausgefunden, dass es doch Zellen im Herz gibt, die sich teilen. „Das Herz hat also ein regeneratives Potenzial“, sagt Brunner. Besonders für Herzinfarktpatienten sei das eine wichtige Erkenntnis.

Die Zusammensetzung einiger anderer Organe konnte bereits zuvor erfasst werden. Das Herz stellte für die Wissenschaftler bisher jedoch eine besondere Herausforderung dar. „Weil die Herzmuskelzellen aufgrund ihrer Größe, Länge und Form nicht mit den Standard-Systemen bearbeitet werden konnten“, erklärt Dr. Anne-Marie Galow vom Institut für Genombiologie am Leibniz-Insitut.

Methodik aus Neurologie angewandt

Deshalb wurde für die Erforschung des Herzens eine ganz neue Methodik angewandt. Diese wurde bisher in der Neurologie genutzt. „Denn Nervenzellen können ebenfalls sehr groß werden und sind dazu noch verzweigt“, sagt die Humanbiologin. Mit der neuen Methode konnte das komplette Herz der Maus untersucht werden. Dabei wurden 24 verschiedene Gruppen von Zellen identifiziert. Diese Analysen sind Voraussetzung für das Verständnis der hohen Komplexität des Herzens und seiner Funktion.

Nächstes Forschungsobjekt: Schweineherzen

„Die Aufklärung der zellulären Zusammensetzung der einzelnen Organe ist aufwendige Pionierarbeit in der Grundlagenforschung“, sagt Galow. Die neuen Daten des Forscherteams liefern der Wissenschaft nun neue wertvolle Erkenntnisse über die Dynamik und Vernetzung von Herzzellen. Menschen, deren Herz durch Krankheit oder Unfall geschädigt ist, können nun hoffen, dass ihnen in einigen Jahren geholfen werden kann.

Langfristiges Ziel ist die Herstellung von programmierten Herzschrittmacherzellen. Somit gebe es die Möglichkeit, neuartige Medikamententests für Herz-Kreislauferkrankungen in der Petrischale und ohne Tierversuche durchzuführen. „Dies bedarf aber noch einiger weiterer Forschungsarbeiten“, sagt Prof. Robert David, der Koordinator des Forschungsverbundes.

Weil Schweineherzen dem menschlichen Herzen stärker ähneln als die der Mäuse, soll nun im nächsten Schritt an diesen geforscht werden. Das Projekt wird vom Europäischen Sozialfonds (ESF) der Europäischen Union und der Landesregierung Mecklenburg-Vorpommern mit rund zwei Millionen Euro gefördert.

Von Stefanie Adomeit

www.ostsee-zeitung.de/Mecklenburg/Rostock/Herzkrankheiten-dank-Forscher-aus-MV-bald-besser-heilbar

Weitere Links:
https://medizin-aspekte.de/maeuseherzen-liefern-informationen-fuer-bessere-heilungschancen-in-der-humanmedizin-118988/

https://derhoftierarzt.de/2020/05/maeuseherzen-als-schluessel-fuer-bessere-heilungschancen-in-der-humanmedizin/

Originalpublikation
Single-Nucleus Sequencing of an Entire Mammalian Heart: Cell Type Composition and Velocity
Cells 2020, 9(2), 318;
https://doi.org/10.3390/cells9020318, Published: 28 January 2020
www.mdpi.com/2073-4409/9/2/318
1. Statusmeeting
iRhythmics
Department Life, Light & Matter
Research building LL & M
Albert-Einstein-Str. 25
18059 Rostock

Fotos:  (UMR, Frau Ursula Kerwin)

05. März 2020
Schüler erleben Tag der Naturwissenschaften
Nachwuchsförderung an der Herzchirurgie der Unimedizin: Einblicke in die Forschung
Rostock/Hansaviertel – Im Labor des Biomedizinischen Forschungszentrums ist es still. Schüler der 8. Klassen der Christophorusschule Rostock blicken konzentriert in die Mikroskope und untersuchen eingefärbte menschliche Tumorzellen, sogenannte HeLa-Zellen. Die Gymnasiasten erleben im Referenz- und Translationszentrum für kardiale Stammzelltherapie (RTC) den Tag der Naturwissenschaften. Sie wurden zuvor wegen ihrer besonders guten Schulleistungen von ihrer Schule ausgewählt und lernen gemeinsam mit Wissenschaftlern des RTC Laborgeräte kennen. ...

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Bild: Qelle: UMR, Frau Sylvia Meyer

Anna (13, v.l.) und Kim (14) untersuchen mit Biologie-Laborantin Madeleine Bartsch und Projektassistentin Mandy Klingbeil die HeLa-Zellen am Mikroskop.
21. November 2019
Forschungscamp 2019
Atrium
Konrad-Zuse-Haus
Albert.Einstein-Str. 22
18059 Rostock

B 46 Forward programming of cardiac pacemaker cells for drug testing applications
Dr. Heiko Lemcke
Universitätsmedizin Rostock
5. - 6. Juni 2019 Rostock's Eleven
Wettbewerb Wissenschaft & Kommunikation 2019
Teilnahme von Markus Wolfien mit dem Vortrag
"Künstliche Intelligenz – vom Terminator ins Krankenhaus"
Die rasante Entwicklung unserer technischen Gesellschaft führt auch innerhalb der Medizin zu neuen Wegen. In Anlehnung an den Hollywood Blockbuster „Terminator“ versuchen wir als Unterstützung zu den aktuellen klinisch-diagnostischen Möglichkeiten mit Hilfe künstlicher Intelligenz (KI) aus dem Computer, Krankheiten besser zu verstehen (und zu terminieren) sowie Therapien zu optimieren. Es ist uns gelungen, eine diagnostische Signatur im Blut der Patienten durch ein KI-Analysesystem zu finden, die eine genauere Vorselektion von Patienten für eine neuartige Therapie zur verbesserten Herzfunktion nach einem Herzinfarkt ermöglicht.
15. Nationalen Branchenkonferenz
12. - 13. Juni 2019
Teilnahme von iRhythmics
Im Juni 2019, wie auch in vergangenen Jahren, fand die zweitägige Nationale Branchenkonferenz dieses Mal mit Norwegen als Partnerland in Rostock-Warnemünde statt. Es trafen sich verschiedenste Repräsentanten der Gesundheitswirtschaft, es fanden parallele Workshops und rege Diskussionen statt, und einige Teilnehmer präsentierten ihre Start-ups in der Ausstellung.

Den Forschungsverbund iRhythmics vertraten unsere Doktoranden Sophie Kussauer (Herzchirurgie, Universitätsmedizin Rostock) und Markus Wolfien (SBI, Universität Rostock) (siehe das erste Foto ). Nach der Vorstellung des gemeinsamen Projektes erläuterten beide den Alltag und die Wichtigkeit der Zusammenarbeit zwischen Biologen und Systembiologie/Bioinformatikern innerhalb des Konsortiums.

Fotos: Dr. U. Selig/ Projektträger Jülich

22. März 2019 - Kick-off-Meeting
des Forschungsverbundes iRhythmics
Am 22.03.2019 trafen sich die fünf Verbundpartner des iRhythmics Konsortiums zum gemeinsamen Austausch aktueller Erreignisse, Entwicklungen und Vorgehensweisen während der Anfangsphase des Projektes.
Das Kick-off- Meeting des Forschungsverbundes wurde vom Koordinator, Herrn Prof. Robert David, aus dem Forschungsbreich der Klinik für Herzchirugie der Universitätsmedizin (UM) Rostock eröffnet, gefolgt von Grußworten vom Rektor der Universität Rostock, Herrn Prof. Wolfgang Schareck, und einer Einführung zu den Aufgaben des Projektträgers Jülich, vorgestellt von Herrn Neudörfer. Die Vormittagsrunde bestand aus den wissenschaftlichen Vorträgen der einzelnen Verbundpartner mit anschließender kurzer Diskussion. Hier konnten wir einen Einblick in die einzelnen Arbeitspakete unserer junger Wissenschaftler, Herrn Dr. Heiko Lemcke und Frau M.Sc. Sophie Kussauer, gewinnen und erhielten einen Überblick über bereits erzielte Ergebnisse.
Ostseezeitung vom 05. Juni 2018
Herzzellen aus dem Labor sollen Tierversuche ersetzen