Herzinfarkt, Schlaganfall und Herzrhythmusstörungen: Organoide, Gentherapie und KI. Wie Forschung das Herz retten wird

Die Gentherapie schreitet voran, zumindest bei seltenen Herzerkrankungen. Zelltherapien bieten zunehmend Möglichkeiten, durch Ischämie abgetötete Herzmuskelzellen zu „ersetzen“. Ziel ist die Entwicklung immer kleinerer Herzschrittmacher, beispielsweise aus Zellen desselben Organismus, die sich „auflösen“. Und von Herzklappen, die immer langlebiger werden. All dies geschieht unter einem umfassenden Dach, das mit dem Einsatz von Bioengineering und künstlicher Intelligenz sowie der Entwicklung von Organoiden verbunden ist. Dank Avataren wird es möglich sein, neue Therapiestrategien zu entwickeln, während man auf die Entwicklung des klassischen „Ersatzherzens“ wartet.

Die zukünftige Herausforderung im Kampf gegen Herz-Kreislauf-Erkrankungen, die häufigste Todesursache in Italien und Europa, beginnt mit der Prävention. Und sie zielt darauf ab, etwas zu erreichen, das wie Science-Fiction erscheinen mag. Ist es aber nicht. Man denke nur an biologische Therapien mit direkten Auswirkungen auf das Herz. „Gen- und Zelltherapien haben eine längere Entwicklungszeit, teilweise aufgrund der biologischen und mechanischen Barrieren, die diesem wunderbaren und so widerstandsfähigen Organ innewohnen.“

Die Wege der Genetik

„Aber“, erklärt Giulio Pompilio , wissenschaftlicher Leiter des Centro Cardiologico Monzino Irccs und Professor für Herzchirurgie an der Universität Mailand, „dank des technologischen Fortschritts gibt es Anzeichen dafür, dass wir endlich auf dem richtigen Weg sind, insbesondere im Hinblick auf die Gentherapie erblicher Herzkrankheiten, für die wir ein immer besseres Verständnis der verantwortlichen mutierten Gene haben.“ Und nicht nur das. Die Waffen zur Einschleusung der richtigen Gene werden immer ausgefeilter: Sie reichen von viralen Vektoren, die das heilende Gen in die Zellen transportieren können, über spezielle Nanopartikel bis hin zu den Fortschritten in der Gentechnik, von denen das „genetische Skalpell“ Crispr/Cas das bekannteste ist. „Für einige dieser genetisch bedingten Herzkrankheiten laufen derzeit klinische Studien, darunter arrhythmogene und hypertrophe Kardiomyopathien oder kardiale Amyloidose und dystrophe Kardiomyopathie“, sagt Pompilio. Ich glaube, dass einige dieser Therapien innerhalb des nächsten Jahrzehnts in der klinischen Praxis Einzug halten werden. Darüber hinaus gibt es, wenn auch noch in einer früheren klinischen Phase, Gentherapien zur Behandlung von Herzinsuffizienz, sowohl genetisch bedingt als auch in Breitbandform. Hier liegt die Messlatte noch höher, aber das Interesse der wissenschaftlichen Gemeinschaft und der Industrie ist groß. Ein letzter Aspekt: ​​Ich halte die von vielen Fachleuten verordnete „de profundis“-Haltung gegenüber der Herzzelltherapie, die bei der Behandlung von Herzinfarkten nicht die erhofften Ergebnisse erzielt hat, für verfrüht: Es gibt Studien, die eine neue Therapiemöglichkeit für Patientengruppen mit fortgeschrittener ischämischer Herzkrankheit und Herzinsuffizienz mit starker entzündlicher Komponente zu bieten scheinen.

Engineering für die 5Ps

Der Schlüssel zum Erfolg liegt, kurz gesagt, in der Forschung. Doch während Spezialisten die Grundlage für die Angemessenheit von Behandlungen bilden, die zunehmend auf den Patienten zugeschnitten sind, wird die Technik die laufende Revolution leiten und vorantreiben. Denn dank Techniken aus der Elektronik und Optik werden wir auf gezielte Ansätze stoßen. „Elektrozeutika und Biophotonik ermöglichen neue Paradigmen der elektrischen Stimulation (denken Sie an Neuralink) mit der Miniaturisierung drahtloser Stimulatoren (z. B. zur Stimulation des Vagusnervs bei Herzinsuffizienz) und Analysen zur Echtzeitüberwachung von Sauerstoffsättigung, Glukose und Cholesterin“, erklärte Filippo Molinari , ordentlicher Professor für Bioingenieurwesen am Polytechnikum Turin, anlässlich der Konferenz „Change in Cardiology 2025“. Aber das ist noch nicht alles.

Die Revolution wird in der Möglichkeit liegen, Organe zu duplizieren oder digitale Zwillinge zu erstellen, um personalisierte Behandlungen zu entwickeln. „Derzeit beschränkt sich Bioprinting auf die Herstellung von Geweben und Mini-Organen ( Organ-on-a-Chip ), um die pharmakologische Forschung zu erleichtern. Es wird jedoch daran gearbeitet, ganze Organe, einschließlich des Herzens, zu drucken. All dies – so der Experte – steht im Kontext von Studien zur Erstellung digitaler oder biologischer Zwillinge für die Personalisierung von Behandlungen und die Präzisionsmedizin: Sie werden zur Erzeugung und Regeneration aus Zellen des einzelnen Patienten sowie zur Simulation des Herzens eines Probanden und zur Vorhersage des Risikos von Herzrhythmusstörungen, Herzinfarkten usw. eingesetzt. Künstliche Intelligenz wird den Rahmen für diese Bemühungen bilden, die uns zu einer 5P-Medizin führen werden: Prädiktiv, Präventiv, Personalisiert, Partizipativ, Psychosozial. All dies unter Integration klinischer und genetischer Daten sowie Informationen aus tragbaren Sensoren.“

Herzschrittmacher werden immer kleiner

Zwischen Gegenwart und Zukunft wird die Technologie jedenfalls neue Ansätze eröffnen, selbst für die häufigsten Erkrankungen. Zum Beispiel in Form von immer intelligenteren und miniaturisierten Herzschrittmachern. „Die Revolution könnte die Verwendung von Herzzellen sein, die zu Schrittmacherzellen umgewandelt wurden, wie ein in Science Translational Medicine vorgestelltes Experiment nahelegt“, vermutet Giulio Molon , Leiter der Abteilung für komplexe Operationen der Kardiologie Irccs Sacro Cuore in Negrar (Verona). Das Ergebnis wurde durch die Injektion eines von modifizierten Viren transportierten Gens erzielt: Es reprogrammierte einige Herzzellen, sodass diese nun in der Lage waren, elektrische Reize zu erzeugen und weiterzuleiten. Sollte sich diese Aussicht erfüllen, könnten wir Herzschrittmacher einer neuen Generation entwickeln.“ Aber Vorsicht: Das bedeutet nicht, dass wir in der Zwischenzeit nicht daran arbeiten, die heute verwendeten „Schrittmacher“ immer effizienter zu machen. Zum Beispiel durch Maßnahmen gegen die Batterie, die mit der Zeit ausgetauscht werden muss, oder gegen die Kabel, die den Herzschrittmacher mit dem Herzen verbinden. Diese erleiden manchmal echte Risse und können sich auch entzünden.

„Wir arbeiten daran, Herzschrittmacher zu entwickeln, die kein Infektionsrisiko bergen, immer kleiner und kabellos sind und über eine möglichst lange Batterie verfügen. In diesem Sinne“, so Molon, „wurde in Nature ein Herzschrittmacher mit einer Dicke von einem Millimeter und einer Länge von 3,5 Millimetern vorgestellt, der direkt am Herzen implantiert wird und von einem Mechanismus angetrieben wird, der mithilfe einer galvanischen Zelle die Energie von Körperflüssigkeiten umwandelt. Das Gerät könnte sich außerdem selbst auflösen und verschwinden, wenn es nicht mehr benötigt wird.“

Kundenspezifische Ventile

Die Verkleinerung und Verbesserung der Biokompatibilität des Empfängerkörpers ist auch für die Herzklappenforschung unerlässlich. „Aortenklappen und die zu ihrer Implantation verwendeten Geräte, wie z. B. Katheter (derzeit fingergroß), werden zunehmend miniaturisiert, was die Verträglichkeit erhöht“, so Giuseppe Musumeci , Direktor der Kardiologie am Mauriziano-Krankenhaus in Turin. Die Implantation wird zunehmend über die Arteria radialis des Arms erfolgen, um die Auswirkungen des Eingriffs zu minimieren und die biologische Verträglichkeit des Körpers zu erhöhen. Zukünftig werden Materialien für eine längere Lebensdauer der Prothese entwickelt. Insbesondere bei den Atrioventrikularklappen, die sich in anatomischer Lage, Struktur und Funktion von den Aortenklappen unterscheiden, besteht das Ziel darin, den Bedarf an Korrektureingriffen zu reduzieren oder möglicherweise zu eliminieren: Diese werden derzeit eingesetzt, um altersbedingten Funktionsverlusten entgegenzuwirken.“