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Basis für bessere Behandlung von Herzinfarkten und Schlaganfällen Ein Boost für Blutgefäße

Von Margarete Lehné*

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KIT Karlsruher Institut für Technologie
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
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100.000 Kilometer Blutgefäße durchziehen jeden Winkel des menschlichen Körpers. Wenn eine größere Arterie verstopft, kann es aber passieren, dass wichtige Organe nicht mehr mit genügend Sauerstoff versorgt werden. Es drohen schwere körperliche Schäden. Um das zu verhindern, haben KIT-Forscher nun eine Methode untersucht, mit der man Blutgefäße binnen weniger Stunden vergrößern kann, um den Blutfluss wiederherzustellen.

Darstellung natürlich wachsender lebender Arterien und fluoreszenzmikroskopische Darstellung des Blutflusses und des endothelialen Aktin Zytoskeletts.(Bild: ZOO, KIT)
Darstellung natürlich wachsender lebender Arterien und fluoreszenzmikroskopische Darstellung des Blutflusses und des endothelialen Aktin Zytoskeletts.
(Bild: ZOO, KIT)

Karlsruhe – Bei Herzinfarkten und Schlaganfällen muss die Blutversorgung möglichst schnell sichergestellt werden, um größere körperliche Schäden zu vermeiden. Dazu setzen Zoologen des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) auf einen neuen Mechanismus. „Unser Fokus richtet sich nicht darauf, die Anzahl an Blutgefäßen zu erhöhen“, sagt Prof. Ferdinand le Noble, Leiter der Abteilung Zell- und Entwicklungsbiologie am Zoologischen Institut (ZOO) des KIT. „Wir wollen die bereits vorhandenen Arterien erweitern, damit sie mehr Blut durchlassen.“

Bereits kleine Veränderungen des Gefäßdurchmessers haben immense Auswirkungen auf den Blutfluss. Hierzu werden natürliche Prozesse genutzt, die dafür sorgen, dass im Laufe der Entwicklung aus kleinen Arterien größere Arterien entstehen. Typischerweise wird diese Entwicklung durch physikalische Prozesse, also den Blutfluss, ausgelöst und dauert relativ lange. Bis neue Blutgefäße nachgewachsen sind – zum Beispiel nach einem Gefäßverschluss – braucht es in der Regel mehrere Tage. „Diese Zeit hat kein Kardiologe, der einen akuten Herzinfarkt behandeln muss“, betont le Noble.

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Die Rolle der Proteine

Um den röhrenförmigen Innenraum der Blutgefäße schneller zu erweitern, sind prinzipiell zwei Mechanismen denkbar. Zum einen die vermehrte Produktion von Endothelzellen und zum zweiten die Vergrößerung bereits vorhandener Endothelzellen. Damit die Gefäßweitung auch nach einem Gefäßverschluss funktioniert, sollte der Mechanismus zudem strömungsunabhängig sein.

Als Schlüsselprotein in der Gestaltung und Ausbildung des Gefäßsystems ist das Protein VEGF bekannt. Gezielte Gefäßerweiterungen setzen voraus, dass es nur lokal aktiv ist, also nur dort, wo es wirken soll. Die Experten am KIT haben einen Mechanismus untersucht, mit dem sich die lokale Menge an VEGF dosieren lässt. Das Protein signalisiert den Endothelzellen, dass sie sich gezielt vermehren sollen. So sorgt es für eine Neumodellierung des endothelialen Zytoskeletts, in deren Folge sich der Durchmesser der Arterie erweitert.

Die Neumodellierung des Zytoskeletts ist entscheidend, weil sich mit einer Größenzunahme der Endothelzellen zwangsläufig auch die Stabilität dieser Zellen ändern muss. Damit sie sich nicht nur schnell, sondern auch stabil ohne Verletzungen oder Ausstülpungen ausdehnen können, kommt mit „Trio“ ein weiteres Protein zum Einsatz. Es sorgt sozusagen als Masterregulator dafür, dass der Umbau des endothelialen Gerüstes an den richtigen Stellen stattfindet.

Neue Behandlungsmöglichkeiten für Herz-Kreislauf-Erkrankungen

„Wir hoffen, dass wir mit unserer Forschung langfristig zu einer Verbesserung der Behandlung akuter Herz-Kreislauf-Erkrankungen beitragen können“, sagt le Noble. An Zebrafischembryonen und Modellen von Endothelzellen erfolgreich nachgewiesen, soll der neue Mechanismus jetzt weiter präklinisch erprobt werden. In den ersten Tests konnte er bereits binnen Stunden den Blutdurchfluss verbessern

Perspektivisch könnten die Ergebnisse der Wissenschaftler in die Entwicklung von Wirkstoffen einfließen, die zum einen mittels VEGF in Arteriolen selektiv Wachstumsprozesse anregen, zum anderen das Protein Trio aktivieren und deaktivieren. An der vierjährigen Studie waren neben dem KIT auch das Deutsche Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK) mit seinen Standorten Heidelberg, Göttingen und München sowie Forscher aus den Niederlanden und Finnland beteiligt.

Originalpublikation: Klems, A., van Rijssel, J., Ramms, Anne S., Wild, R., Hammer, J., Merkel, M., Derenbach, L. Préau, L., Hinkel, R., Suarez-Martinez, I., Schulte-Merker, S., Vidal, R., Sauer, S., Kivelä, R., Alitalo, K., Kupatt, C., van Buul, J. D., le Noble, F.: The GEF Trio controls endothelial cell size and arterial remodeling downstream of Vegf signaling in both zebrafish and cell models, Nature Communications volume 11, Article number: 5319 (2020); DOI: 10.1038/s41467-020-19008-0

* Margarete Lehné, KIT Karlsruher Institut für Technologie, 76131 Karlsruhe

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