Interview

Von Herzen, Mäusen und Astronauten

AcademiaNet-Interview mit Sonja Schrepfer, Herz- und Stammzellenforscherin

9. 2. 2017 | Normalerweise beschäftigt sich Prof. Sonja Schrepfer mit Fragen des Immunsystems im Rahmen von Herz- und Lungentransplantationen, hierzu gehört auch die Stammzellenforschung. Aktuell erforscht sie in San Francisco die Auswirkungen von Schwerelosigkeit auf die Zellen des Herz-Kreislauf-System.

Prof. Sonja Schrepfer
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(© UKE Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Universitäres Herzzentrum Hamburg)


Prof. Sonja Schrepfer | vor der berühmten Golden-Gate-Brücke in San Francisco. Nachdem Schrepfer die NASA-Förderung von 750.000 US-Dollar erhielt, verlagerte sie ihr ganzen Forschungsteam für ein Jahr von Hamburg nach Kalifornien. Ihr Projekt 'Heart in Space' ist an der University of California San Francisco (UCSF) angesiedelt.

AcademiaNet: Prof. Schrepfer, Sie untersuchen im Auftrag der NASA, wie sich glatte Muskelzellen in Schwerelosigkeit verhalten. Was sind Ihre Ergebnisse aus dem neuen Labor in San Francisco?

Wir haben mit diesen Experimenten erst im Januar begonnen, sie sind also noch nicht abgeschlossen. Aber wir haben schon ein paar sehr interessante Ergebnisse zu den glatten Muskelzellen. Hierfür benutzen wir ein Gerät der NASA, in dem man Zellproben unter Schwerelosigkeitsbedingungen kultivieren kann, einen sogenannten Rotator. In diesen Proben fanden wir Veränderungen, die normalerweise typisch für Herzpatienten wären, vor allem bei der RNA, der Mikro-RNA sowie bei einigen wichtigen Proteinen. Um es kurz zu fassen: Die Muskellzellen wechseln in der Schwerelosigkeit von einem differenzierten in einen undifferenzierten Zustand, wodurch auch ihre Vermehrung angeregt wird.

Es scheint jedoch, als ob die Spannung der Gefäßwand in der Lage ist, hier gegenzusteuern. Wir untersuchen diesen Effekt sowohl in vitro als auch in vivo mit allen modernen Methoden, die uns zur Verfügung stehen, also mit Hilfe der Mikro-Array-Technik, der PCR, der RNA-Sequenzierung und mit Immunoblots, etc. Wir hoffen, dass wir zum Jahresende die ersten gesicherten Ergebnisse vorweisen können.

Für Ihre Fragestellungen schicken Sie auch Mäuse ins Weltall. Diese dürfen einen Monat lang auf der Internationalen Raumstation ISS leben. Was sind die Ergebnisse dieser Weltraumreisen?

Wir studieren zwar Zellen in der Schwerelosigkeit am Boden, aber diese Experimente haben ihre Grenzen. Deshalb untersuchen wir darüber hinaus das Herz-Kreislauf-System von Weltraummäusen. Wir erhielten bereits Gewebeproben von zwei Mäuse-Missionen namens RR1 und RR3. Und im nächsten Jahr startet hoffentlich unser eigenes Mäuse-Weltraumteam.

Zurzeit analysieren wir die Proben von zwanzig Mäusen im Labor, zehn von jeder Mission. Wir betreten damit absolutes Neuland: Noch nie sind Gewebeproben von Tieren auf diese Weise untersucht worden, die gerade aus der Schwerelsoigkeit zurückgekehrt waren. "RR1" steht nämlich für "rodent research 1" und bedeutet, dass dies die erste Nager-Mission zur ISS war.

Dieses Neuland war eine ziemliche Herausforderung für das ganze Team. Wir mussten zunächst einmal unsere Forschungsprotokolle und Analyse-Schritte an diese ungewohnte Situation anpassen. Zum Glück sind die Proben guter Qualität, sodass wir aussagefähige Ergebnisse erzielen können; auch diese Analysen dauern noch an. Die Teilnehmer von RR1 und RR3 stammen von verschiedenen Mäusestämmen. Deshalb können wir jetzt schon sagen, dass gemeinsame Effekte nicht Stamm-spezifisch sind. Und es sieht tatsächlich so aus, als würden unsere in vitro Ergebnisse in vivo bestätigt werden.

Prof. Sonja Schrepfer
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(© UKE Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Universitäres Herzzentrum Hamburg)


Prof. Sonja Schrepfer | (dritte von rechts) und ihr Team, das sie von Hamburg nach San Francisco begleitete: Alle waren aufgeregt und begeistert, ein Jahr lang in den USA zum Thema Zellen in Schwerelosigkeit zu forschen.

Schon vor Ihren Experimenten in San Francisco hatten Sie ein Molekül entdeckt, das Gefäßstenosen, also krankhafte Verengungen an Adern, verhindert. Was können Sie uns darüber berichten?

Ja, wir fanden ein kleines Molekül namens DCA, das als PDK2-Inhibitor wirkt, also es unterdrückt die Bildung des Proteins PDK2. Dadurch lassen sich Gefäßstenosen tatsächlich verhindern. Diese Ergebnisse wurden 2014 in Nature publiziert, und erst kürzlich haben wir die Patentrechte von der Universität Stanford erhalten. Nun können erste Klinische Studien mit DCA starten.

Im Detail verhindert dieses Molekül die Hyperpolarisation von Mitochondrien, also die Erhöhung der Membranspannund dieser "Kraftwerke der Zelle". Diese Spannung wiederum spielt eine entscheidende Rolle bei der Zelldifferenzierung und Vermehrung glatter Muskelzellen; auch dies ein Ergebnis meiner Forschungsgruppe. Das Molekül DCA lässt sich leicht einnehmen, es kann beispielsweise in Wasser aufgelöst werden, und es zeigte im Tiermodell bei den nötigen Dosen keine Nebenwirkungen.

Wir möchten herausfinden, ob sich DCA als präventive Behandlung für Astronauten eignet, vor allem bei Langzeitmissionen. Kürzlich erst hatten NASA-Forscher berichtet, dass die Apollo-Astronauten deutlich häufiger an Herz-Kreislauf-Erkrankungen litten, verglichen mit Astronauten, die auf der Erde geblieben waren. Auch die Sterblichkeit an solchen Krankheiten war erhöht. Das zeigt, wie wichtig eine vorbeugende Behandlung von Astronauten ist, um diese Risiken so weit wie möglich zu verringern. Ich hoffe, dass wir mit unseren Ergebnissen hierzu einen entscheidenden Beitrag leisten können.

Normalerweise befassen Sie sich mit Stammzellen und deren Rolle im Herz-Kreislauf-System. Wie kamen Sie zu dem 'Heart in Space'? Und wie erfuhren Sie von dem NASA-Ausschreibung?

Auf einer Tagung der American Heart Association im Jahr 2013 stellte ich unsere Ergebnisse zum DCA-Molekül vor, zusammen mit meinem Mann Prof. Tobias Deuse, ein Herzchirurg. Vor unserem Rückflug nach Deutschland besuchten wir das Johnson Space Center der NASA in Houston, Texas. Die Ausstellung war hervorragend, auch die Darstellung der NASA-Forschung, beispielsweise über die medizinischen Herausforderungen eines Langzeitflugs zum Mars.

Während des Rückflugs diskutierten wir eifrig über möglichen Risiken der Schwerelosigkeit für Herz und Kreislauf. Nach unserer Rückkehr besuchte ich die NASA-Forschungswebsites, deren Adressen ich in Houston erhalten hatte, und siehe da: Zu dieser Zeit lief eine Auschreibung genau zu diesem Thema. Ich bewarb mich für diese Förderung – und einige Monate später erhielt ich die überraschende Nachricht, dass wir nun 750.000 Dollar zur Verfügung hatten, um das das Thema 'Herz im Weltall' zu untersuchen. Das ganze Team und auch unsere Kooperationspartner waren aufgeregt und erfreut, Teil dieses tollen Projekts zu werden.

Liebe Frau Prof. Schrepfer, herzlichen Dank für dieses sehr interessante Interview!

Interview und deutsche Fassung: Susanne Dambeck
  (© AcademiaNet)

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