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'Schlagende' Herzzellen aus dem Labor helfen bei Suche nach Covid-19-Medikamenten
Wissenschaftler haben 'schlagende' Herzzellen gezüchtet, an denen Medikamente gegen coronabedingte Herzschäden erforscht werden sollen.
Bericht: Mark Nicholls
Kardiologen blicken mit zunehmender Sorge auf Herzschäden, die Patienten im Verlauf einer Covid-19-Infektion davontragen. Zudem gibt es vermehrt Hinweise darauf, dass die Auswirkungen der Coronainfektion auf Kardiomyozyten zu den Langzeitsymptomen der Krankheit (Long Covid) beitragen könnten. Nun untersucht ein Forschungsteam der Universität Cambridge mithilfe im Labor gezüchteter schlagender Herzzellen, ob das experimentelle Peptidmedikament DX600 verhindern kann, dass das SARS-Virus in die Herzzellen eindringt.
Rechts: Grün: Herzzellen mit SARS-CoV-2 infiziert
Bildquelle: Williams et al., Communications Biology 2021 (CC BY 4.0)
Für die Studie, die im Fachjournal Nature Communications Biology veröffentlicht wurde, züchtete das Team aus Cambridge aus menschlichen Embryostammzellen Herzzellencluster mit dem ACE2-Rezeptor. Das SARS-Coronavirus nutzt das Protein ACE2 auf den Zellen als Einfallstor – einmal in den Zellen, kann es sich ungehindert verbreiten. Ein modifiziertes synthetisches Coronavirus, das mit dem Spike-Protein versehen wurde, imitierte die Infektion von Herzzellen. An dem daraus entstandenen Modell konnten die Forscher potenzielle Medikamente gegen das Virus testen. Die Tests zeigten, dass verschiedene Medikamente, die speziell auf die Proteine wirken, die am Eindringen des SARS-Virus beteiligt sind, die Schwere der Infektion bedeutend mindern können. Dazu gehörte auch ein ACE2-Antikörper, von dem bereits bekannt ist, dass er das pseudotypisierte SARS-CoV-2 neutralisieren kann, sowie das experimentelle Medikament DX600, ein ACE2-Peptidantagonist.
Das Herz ist erwiesenermaßen eines der Organe, die am stärksten vom Coronavirus in Mitleidenschaft gezogen werden. Unklar ist jedoch weiterhin, wie die Schädigung genau erfolgt. Laut dem Leiter des Projekts, Anthony Davenport, Professor an der medizinischen Fakultät und Fellow der Universität Cambridge, stützen seine Ergebnisse die These, dass ACE2 das Einfalltor des Virus in die Kardiomyozyten ist. Nachdem belegt wurde, dass die SARS-CoV-2-Infektion von der Menge der Viren um die Herzzellen abhängt, gehen die Forscher nun davon aus, dass die Zellschäden gemindert werden können, wenn das Virus am Eindringen gehindert werden kann.
Davenport sagte, weitere Forschung an DX600 sei erforderlich, denn sie könne „uns ein neues Medikament liefern, das die Auswirkungen auf das Herz von Patienten mindert, die kürzlich mit Corona infiziert wurden, insbesondere Patienten mit einer Vorerkrankung des Herzens oder ungeimpfte Patienten. Wir sind der Ansicht, dass das Medikament auch die Langzeitsymptome von Covid lindern könnte.“ Diese Einschätzung ist wichtig, da ersten Analysen zufolge Patienten mit einer bestehenden Herzerkrankung mit viermal höherer Wahrscheinlichkeit an Covid-19 sterben als andere Patienten.
Wenn wir diesen Test mit neuartigen Medikamenten verbinden, haben wir potenziell die Möglichkeit, über Präzisionsmedizin das Virus unter Kontrolle zu bekommen
Anthony Davenport
Diese Forschung, so Davenport, könne auch Erkenntnisse über die Auswirkungen und die Behandlung von Covid-19 liefern: „Heute erkennen wir eine Coronainfektion mit einem genauen, schnellen und gut verfügbaren Test, dem PCR-Test. Wenn wir diesen Test mit neuartigen Medikamenten verbinden, haben wir potenziell die Möglichkeit, über Präzisionsmedizin das Virus unter Kontrolle zu bekommen.“ Wichtig ist dabei, erläutert der Experte, dass neuartige Medikamente zur Vorbeugung gegen Covid-Infektionen für die Patienten entwickelt werden, bei denen eine Impfung kontraindiziert ist. Außerdem gehe es darum, das Herz vor akuten Schädigungen während und nach der Infektion zu schützen.
Da DX600 erwiesenermaßen das Andocken des viralen Spike-Proteins an ACE2 verhindere, so Davenport weiter, soll jetzt erforscht werden, ob dieser Effekt auch den Eintritt des Virus in die Zellen effektiv verhindere. Zunächst müsse dies am Tiermodell erkundet werden, bevor die Umsetzung in die klinische Praxis beginnt. Professor Davenport: „Unsere Ergebnisse belegen grundsätzlich, dass präklinische Studien hochwertige Daten liefern können und somit das Fundament für translationale Forschung in Tiermodellen bilden. In diesen Tiermodellen kann akutes Lungenversagen untersucht und bereits existierende Medikamente können auf ihre Eignung in klinischen Studien geprüft werden.“
Das Forschungsprojekt an den schlagenden Herzzellen, das von Wellcome, Addenbrooke’s Charitable Trust, Rosetrees Trust Charity und der British Heart Foundation kofinanziert wurde, könnte auch der Ausgangspunkt für weitere Anwendungen sein. „Wir haben in 96 Mikrotiterplatten erfolgreich klinisch relevante schlagende Herzzellen gezüchtet, mit denen Pharmaunternehmen Tausende von Substanzen auf automatisierten Hochdurchsatz-Plattformen screenen können“, erläuterte Professor Davenport. „Dieses Screening für neue Medikamente kann durch gentechnisch erzeugte Kardiomyozyten verfeinert werden, da es möglich ist, Defekte in bestimmen Proteinen zu imitieren, die Krankheiten hervorrufen, etwa das Marfan-Syndrom.“
Profil:
Anthony Davenport ist Professor für kardiovaskuläre Pharmakologie an der Universität Cambridge und Leiter der Human Receptor Research-Gruppe. Schwerpunkt seiner Forschung ist die Rolle von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs) und ihren Transmittern im kardiovaskulären System des Menschen und deren Veränderung durch Krankheiten, insbesondere die Folgen einer Dysfunktion der Endothelzellen. Ziel ist die Ermittlung von Targets für neue Medikamente.
28.08.2021
