HEARTCORE kombiniert Herzorganoide mit Mikroelektroden und KI
Hannover – (KI/redaktionell geprüft). Ein Forschungskonsortium unter Leitung der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) entwickelt eine Plattform, mit der sich mögliche Herzschäden durch Medikamente bereits früh in der Arzneimittelentwicklung untersuchen lassen sollen. Dafür werden dreidimensionale Herzorganoide aus menschlichem Gewebe mit einem integrierten Mikroelektrodensystem kombiniert. Das Projekt HEARTCORE wird von der Europäischen Union mit rund drei Millionen Euro gefördert.
Viele Medikamente können nach Angaben der MHH unerwünschte Auswirkungen auf das Herz haben. Dazu zählen unter anderem Wirkstoffe aus der Herz- und Blutdruckmedizin, aber auch bestimmte Schmerzmittel, Antibiotika und Antidepressiva. Die bisher eingesetzten Tiermodelle und Zellkulturtests können die Reaktion des menschlichen Herzens nach Darstellung der Forschenden nur eingeschränkt abbilden.
Mini-Herzen liefern elektrische Messdaten
Das von Professor Robert Zweigerdt geleitete Team setzt auf sogenannte „heart-forming organoids“ (HFO). Dabei handelt es sich um wenige Millimeter große 3D-Systeme aus menschlichem Gewebe, die verschiedene Zell- und Gewebestrukturen der frühen Herzentwicklung enthalten.
Im HEARTCORE-Projekt sollen die Organoide auf einem mehrschichtigen 3D-Mikroelektrodenarray wachsen. Das flexible System ist netzartig aufgebaut und wird in das Organoid integriert. Dadurch wollen die Forschenden elektrische Aktivitäten nicht nur an der Oberfläche, sondern auch aus dem Inneren des Gewebes erfassen.
Die Methode soll unter anderem Veränderungen der elektrischen Erregbarkeit sichtbar machen. Diese können nach Angaben der MHH bei der Untersuchung von Medikamenten auf mögliche Herzrhythmusstörungen relevant sein.
Zusätzlich ist eine laserbasierte Optoporation vorgesehen. Dabei werden mithilfe eines Laserstrahls vorübergehend winzige Poren in Zellmembranen erzeugt, über die weitere elektrische Signale aus dem Zellinneren gewonnen werden können. Nach Angaben der Forschenden schließen sich die Poren nach wenigen Minuten wieder.
KI soll Arzneimittelwirkungen vorhersagen
Die gesammelten Messdaten sollen anschließend für computergestützte Modelle genutzt werden. Nach Angaben der Forschenden soll daraus perspektivisch ein virtuelles Modell entstehen, das mögliche unerwünschte Wirkungen von Medikamenten auf das Herz digital vorhersagen kann.
Professor Robert Zweigerdt beschreibt HEARTCORE als Kombination aus menschlichen Herzorganoiden, mehrschichtigen Mikroelektrodenarrays, Laser-Optoporation und KI-gestützter Risikovorhersage. Die Forschenden erwarten sich davon genauere Prognosen über Arzneimittelwirkungen sowie mögliche Einsparungen bei Zeit und Kosten der Medikamentenentwicklung. Ob und wann eine solche digitale Vorhersage ohne zusätzliche Laboruntersuchungen möglich sein wird, ist anhand der vorliegenden Informationen nicht absehbar.
Das Projekt wird von der MHH koordiniert. Zum internationalen Konsortium gehören die Universitat Politècnica de València, das NMI – Naturwissenschaftliche und Medizinische Institut an der Universität Tübingen, die Multi Channel Systems GmbH und Foresee Biosystems.
Herzorganoide bilden mehrere Gewebe ab
Die verwendeten HFO entstehen aus humanen pluripotenten Stammzellen. Nach Angaben der MHH können sich diese Zellen unter geeigneten Bedingungen zu unterschiedlichen Zelltypen entwickeln. Die HFO umfassen mindestens sieben verschiedene, strukturierte Zell- und Gewebetypen.
Im Unterschied zu einfachen Organoiden aus einem einzelnen Gewebe sollen die HFO die gleichzeitige Entwicklung von Herz, Gefäßen und Vorderdarm nachbilden. Dadurch könnten sie nach Darstellung der Forschenden auch für Untersuchungen interessant sein, bei denen mehrere Gewebe beziehungsweise Organe gleichzeitig betrachtet werden müssen.
Das technische Konzept könnte nach Angaben des Forschungsteams künftig auch auf andere elektrisch erregbare Gewebe ausgeweitet werden, etwa auf das Gehirn.
