Herzzellen aus iPSC schneller und günstiger herstellen

MHH-Forschende erhalten Millionenförderung von der Europäischen Union, um Produktionsplattform für personalisierte Zelltherapie zu verbessern.

Herzinsuffizienz ist eine der häufigsten Todesursachen weltweit. Die Behandlungsmöglichkeiten sind begrenzt, vor allem, wenn die Herzschwäche auf angeborenen Herzfehlern beruht. Betroffene benötigen bereits im frühen Erwachsenenalter eine mechanische Kreislaufunterstützung oder eine Organtransplantation. Beide Möglichkeiten haben Nachteile: Herzunterstützungssysteme erfordern eine permanente Blutverdünnung und sind keine Dauerlösung; Spenderherzen sind rar und setzen eine lebenslange Immununterdrückung voraus. Eine Alternative bietet der Einsatz von sogenannten humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSC). Diese genetisch zurückprogrammierten Körperzellen können sich in jeden beliebigen Zelltyp entwickeln - zum Beispiel in Herzmuskelzellen. Solche im Labor hergestellten Kardiomyozyten (hiCMs) sollen zukünftig verlorenes Herzmuskelgewebe ersetzen und die Herzfunktion verbessern. Stammen die hiPSC nicht aus gespendeten Körperzellen, sondern von den Empfängern selbst, ist sogar eine Immunsuppression verzichtbar. Denn das Immunsystem erkennt die aus körpereigenen, autologen hiPSC entstandenen Zellen dann nicht als fremd an. Allerdings ist ihre Herstellung bislang sehr aufwändig und teuer.

Dieses Problem will ein Forschungsteam um Prof. Dr. Robert Zweigerdt, Zellbiologe an den Leibniz Forschungslaboratorien für Biotechnologie und künstliche Organe (LEBAO) der Klinik für Herz-, Thorax-Transplantations- und Gefäßchirurgie an der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) und LEBAO-Leiter Professor Dr. Ulrich Martin lösen. Mit ihrem Projekt iNDUCARE wollen sie einen in den USA bereits zugelassenen Herstellungsprozess für autologe hiCMs nutzen und so verbessern, dass die personalisierte Herzreparatur künftig erschwinglich und klinisch umsetzbar ist. Die Europäische Union fördert das internationale Verbundvorhaben mit insgesamt acht Millionen Euro. Davon erhält die MHH als Koordinatorin rund zwei Millionen Euro.

Immunsuppression problematisch

"Ein großer Vorteil der Transplantation von aus körpereigenen, sogenannten autologen Blutzellen hergestellten hiCMs ist, dass keine mit Nebenwirkungen verbundene Immunsuppression benötigt wird, was insbesondere für Kinder und junge Erwachsene ein entscheidender Vorteil ist", stellt Professor Martin fest. Aus kommerzieller Sicht möge die Massenherstellung von Zellprodukten, hergestellt aus körperfremden (allogenen) iPS-Zellen, wegen geringerer Vorlaufkosten gegenüber den patienteneigenen iPSC zwar attraktiv erscheinen. Doch entstünden langfristig ungleich höhere Kosten, weil in der Regel eine lebenslange Immunsuppression erforderlich sei. Prof. Dr. Arjang Ruhparwar, Direktor der HTTG-Chirurgie ergänzt: "Eine medikamentöse Immunsuppression ist für Patientinnen und Patienten in kritischem Gesundheitszustand zudem problematisch, weil deren Immunsystem keine weitere Beeinträchtigung verträgt. Aber auch für Kinder und junge Erwachsene ist eine solche Behandlung angesichts der hohen Risiken von Infektionen, Tumorentwicklung und verminderter Lebensqualität nicht zu rechtfertigen."

Herstellung noch zu lang und zu teuer

Langfristig könnte der autologe Ansatz demnach in vielen Fällen sogar kosteneffizienter und nachhaltiger als eine Therapie mit körperfremden allogenen iPSC sein. Neben den wesentlich höheren Kosten zu Beginn der Behandlung gibt es jedoch zwei weitere Gründe, weshalb sich diese Therapie noch nicht allgemein durchgesetzt hat. Zum einen muss jede Zelllinie nicht nur individuell angelegt, sondern auch in aufwändigen Produktionsprozessen hergestellt und qualitätsgeprüft werden, um die gewünschte Funktion zu garantieren und Behandlungsrisiken auszuschließen. Zum anderen dauert es für akute Herzerkrankungen zu lange, eine für die Behandlung ausreichende Menge dieser Zellen herzustellen.

KI-gestützte Qualitätskontrolle

Die aufwändigen Herstellungsprozesse sollen in iNDUCARE weiter verbessert werden. Neu entwickelte Sendaivirus-Vektoren sollen den Prozess der Reprogrammierung verkürzen und Kosten sparen. Das zweite Problem wollen die Forschenden mit Hilfe hochdichter Rührkessel-Bioreaktoren angehen. "Bislang lassen sich die erforderlichen Zellzahlen nur in großen Zwei-Liter-Bioreaktoren herstellen", sagt Professor Zweigerdt. "KI-gestützt sollen Herstellungsprozesse und Qualitätskontrollen optimiert werden: Wir wollen bereits in 300 Millilitern eine ausreichende Behandlungsdosis produzieren - also etwa dem Volumen eines größeren Kaffeebechers."

Plattform auch für andere Anwendungen nutzen

Die Forschenden wollen die aktuellen Herstellungsprozesse der MHH mit dem bereits in den USA bestehenden Herstellungsprozess vergleichen. Die Kombination von Teilen beider Technologien soll zu einer verbesserten hiCMs-Produktionsplattform führen, die sowohl in Europa als auch in den USA für die Herstellung autologer iPS-Produkte genutzt werden kann. "Wir erwarten eine fünf- bis siebenfache Steigerung der Kardiomyozytenausbeute bei gleichzeitiger Verkürzung der Herstellungszeit von einem Jahr auf sieben Monate und bis zu 70 Prozent geringere Kosten", erläutert Professor Zweigerdt. "Und das alles ohne Abstriche bei Sicherheit oder Qualität zu machen." Dabei haben die Forschenden nicht nur den Herzmuskel im Blick. "Unsere Herstellungsplattform soll auch auf andere zellbasierte Therapien übertragbar sein und die Grundlage für patientenspezifische Behandlungen der nächsten Generation schaffen, die über die Herzreparatur hinausgehen", betont Professor Martin.

Das Verbundprojekt iNDUCARE startet am 1. September 2026 und hat eine Laufzeit von vier Jahren. Neben der MHH sind Kooperationspartner aus Forschung, Industrie und Klinik aus Deutschland, Großbritannien, Israel, den Niederlanden, der Schweiz, der Tschechischen Republik und den USA beteiligt.

Text: Kirsten Pötzke