AG Gruh
In der Arbeitsgruppe Gruh beschäftigen wir uns hauptsächlich mit der Etablierung und Charakterisierung von bioartifiziellem Herzgewebe (bioartifical cardiac tissue, BCT) für zukünftige therapeutische Anwendungen und die Krankheitsmodellierung.
Die Schwerpunkte der Forschungstätigkeiten, die Stammzellforschung und das Myokardiale Tissue Engineering, haben einen sehr interdisziplinären Charakter und umfassen Aspekte der Biologie, Chemie und Physik, sowie der (prä-)klinischen Anwendung. Im Rahmen der verschiedenen Forschungsprojekte arbeiten wir mit den anderen Arbeitsgruppen am LEBAO sowie Vertretern anderer Abteilungen und Fachdisziplinen an der MHH, der Leibniz Universität Hannover, aber auch am Laserzentrum Hannover sowie mit internationalen Partnern zusammen.
Die Arbeitsgruppe Gruh wurde als Nachwuchsgruppe zum Thema „Myokardiales Tissue Engineering“ im Rahmen des Exzellenzclusters REBIRTH etabliert und wird derzeit weiterhin als Forschungsgruppe im REBIRTH – Forschungszentrum für translationale regenerative Medizin gefördert.
Herzgewebe zum therapeutischen Gewebeersatz
Für verschiedene kardiovaskuläre Erkrankungen könnte eine Transplantation von bioartifiziellem Herzgewebe aus Stammzellen eine Alternative zur Organtransplantation darstellen. Damit könnten in Zukunft durch einen Infarkt abgestorbenes Muskelgewebe oder auch durch angeborene Missbildungen fehlende Teile des Herzens ersetzt werden.
In der AG Gruh wurden Methoden zur Herstellung von bioartifiziellem Herzgewebe (bioartificial cardiac tissue (BCT)) zunächst mit primären Kardiomyozyten (Herzmuskelzellen) aus der Ratte etabliert. Wir haben in Zusammenarbeit mit der Leibniz Universität Hannover neue Gerüstmaterialien wie methacrylierte Alginat- und Hyaluronsäuregemische getestet sowie neue in situ-quervernetzbare Polymere - jeweils mit dem Ziel der Entwicklung nicht-immunogener Materialien und klinisch anwendbarer Protokolle. Die entwickelten Technologien konnten wir dann erfolgreich zusammenführen und murine und humane Herzgewebekonstrukte aus Kardiomyozyten aus embryonalen Stammzellen und induzierten pluripotenten Stammzellen generieren.
Für eine darauf aufbauende klinische Testung von Herzgewebe zum therapeutischen Gewebeersatz ist es unser Ziel, alle Prozeduren zu standardisieren und entsprechende Validierungs-Assays zu etablieren. Die AG Gruh ist an Arbeiten zur therapeutischen Zelltransplantation im Rahmen des Projektes „Induzierte pluripotente Stammzellen für die zelluläre Therapie von Herzerkrankungen“ (iCARE - Induced pluripotent stem cells for clinically applicable heart repair) beteiligt, einem nationalen Verbundprojekt mit sechs Partnerinstitutionen, koordiniert von Prof. Dr. Ulrich Martin und Prof. Dr. Axel Haverich (LEBAO, HTTG, MHH).
Das BMBF-geförderte Projekt „3D-Heart-2B“ unter der Leitung von Prof. Dr. Ina Gruh hat zum Ziel ein röhrenförmiges Herzgewebe zu generieren, das auf der kontraktilen Funktion von humanen Kardiomyozyten aus induzierten pluripotenten Stammzellen beruht. Der tubuläre Organersatz, der ein Ein-Kammer-Herz repräsentiert, soll eine gerichtete Pumpleistung entwickeln, um eine geschädigtes Herz unterstützen zu können.
In vitro Modelle / Disease-Modelling
Als weiteren Schwerpunkt nutzen wir bioartifizielle Gewebe als in vitro Modell für die Herzphysiologie und Pathophysiologie. In verschiedenen Studien haben wir in diesem Modell u.a. pharmakologische Einflüsse auf die Gewebefunktionalität untersucht und bioartifizielle Herzgewebe als in vitro-Modell für Hypertrophie und Fibrose eingesetzt. Aktuelle Projekte nutzen patientenspezifische iPS-Zellen für das „Disease modelling“, also um genetisch bedingte Erkrankungen des Herzens zu untersuchen und neue Behandlungsstrategien zu entwickeln.
Neue Technologien: Bioreaktorsysteme, Biomaterialien, Biohybride
Die Funktionalität der Herzgewebe wird in verschiedenen Bioreaktorsystemen getestet, die wir in der Arbeitsgruppe weiterentwickeln. Um das Problem zu adressieren, dass zunächst nur begrenzten Mengen an Stammzell-abgeleiteten Kardiomyozyten verfügbar waren, haben wir einen multimodalen Bioreaktor für die Kultivierung und Testung von miniaturisiertem bioartifiziellem Herzgewebe entwickelt. Diese kleinen Gewebe sind besonders gut für die in vitro Modelle geeignet. Für den therapeutischen Einsatz benötigen wir dagegen größere Gewebe und entsprechend angepasste Bioreaktoren. In verschiedenen Projekten befassen wir uns mit der Optimierung der Gewebezusammensetzung (Zelltypen und Matrixmaterialien) und der benötigten Gefäßversorgung.
Im BMBF geförderten Verbundprojekt „Biohybride für die Photon-Aktivierte Cardiale Erregung (BioPACE)“ unter der Leitung von Prof. Dr. Alexander Heisterkamp (LZH/NIFE) ist das Ziel eine Verbindung von Stammzell-basierter Herzgewebezüchtung mit Photonik, Optogenetik und Nanotechnologie zur Etablierung einer neuen Strategie für die Behandlung kardiovaskulärer Erkrankungen, die perspektivisch eine Alternative zur elektrischen Erregung mit konventionellen Herzschrittmachern darstellen könnte.