Künstliche Herzkammern zur Untersuchung von angeborenen Herzfehlern

In der Schweiz kommen jedes Jahr etwa 600 bis 800 Kinder mit einem angeborenen Herzfehler auf die Welt. Oft sind die Auswirkungen nicht unmittelbar schwerwiegend, aber bei einem Viertel wird bereits im ersten Lebensjahr eine Behandlung nötig. Um die Entstehung solcher Herzfehler wissenschaftlich zu erforschen, gibt es zur Untersuchung in Mäusen, dem Standard-Modell, bislang kein gutes Ersatzmodell, das ohne Tiere auskommen würde.

Das Team um Marco Osterwalder, Assistenzprofessor an der Universität Bern, möchte so genannte Herz-Organoide entwickeln. Diese Zellmodelle basieren auf menschlichen, reprogrammierten Stammzellen, aus denen sich kleine, pulsierende Herzkammern entwickeln. Solche Modelle helfen, die Entwicklung des Herzens in der Embryonalphase zu simulieren. «Die Anwendung solcher Herz-Organoide bietet zum ersten Mal die Gelegenheit, die menschliche Herzentwicklung in vitro zu untersuchen und die Anzahl Tierversuche zu reduzieren», so Osterwalder.

Das Team möchte nicht nur die Gene entdecken, die an der Entstehung von Herzfehlern beteiligt sind, sondern auch untersuchen, wie diese reguliert werden, also wie diese Gene «an- und ausgeschaltet» werden.

Aufgrund der Komplexität des menschlichen Herzens wird es auch in Zukunft Tierversuche brauchen, aber mit den neuen Methoden können zum Beispiel genetische Veränderungen untersucht werden und die Effekte, die sie auf das Herzgewebe haben. «Wir hoffen, dass wir die Anzahl Tierversuche reduzieren können – in unserem Labor, aber natürlich auch darüber hinaus», so Osterwalder.

Das Team wird neben den Zellmodellen auch mit Computermethoden arbeiten und maschinelles Lernen einsetzen, um zu untersuchen, wie die Gene reguliert sind.

HeartX: Decoding cardiac regulatory landscapes in an all-human model for cardiogenesis