
Herz- und Gefäßerkrankungen (Artheriosklerose, Infarkt, Entzündungen u. a.) sind nach wie vor eine der führenden Todesursachen weltweit, sie sind für nahezu ein Drittel aller Tode verantwortlich. Darüber hinaus sind die therapeutischen Möglichkeiten, bei Überlebenden die häufig massiven Folgen von Herz- und Gefäßerkrankungen maßgeblich zu beeinflussen, leider bisher stark begrenzt. Laut medizinischer Forschung könnten Exosomen ein neues, sehr erfolgreiches Therapeutikum bei Herzerkrankungen unterschiedlicher Art sowie ihren Folgen darstellen:
Studienlage Myokard-Infarkt (Herzinfarkt)
Der Herzinfarkt macht einen der größten Anteile der herzbedingten Todesfälle weltweit aus. Die Notfallmedizin kann inzwischen immer mehr Betroffene retten, doch die Folgen eines überlebten Infarktes können die Lebensqualität der Betroffenen stark einschränken. Ob solche Folgen eintreten und wie schwerwiegend sie sind, hat derzeit vor allem mit dem Ausmaß der Schädigung zu tun, die durch den Infarkt ausgelöst wird. Hierbei kommt es vor allem an auf 1. die Dauer des auftretenden Sauerstoffmangels im Gewebe, 2. das damit verbundene oxidative Geschehen nach dem Wiedereröffnen der betroffenen Gefäße und der erneuten Durchblutung (Reperfusion) sowie 3. das Ausmaß der ausgelösten entzündlichen Vorgänge am Herzen. Exosomen tragen in sich ein erhebliches Potenzial an antioxidativ und antientzündlich wirkenden Substanzen. Sie wurden daher in vielen Studien bezüglich des Herzinfarktes und seiner Folgen mit bemerkenswert positiven Resultaten eingesetzt:
In dieser Studie wurde in Exosomen nach cardioprotektiven Inhalten gesucht, die hinter der positiven Wirkung nach Myocardinfarkt stehen. Dafür wurden Herzmuskelzellen in vitro Exosomen verabreicht und beobachtet, dass sie sowohl die apoptotischen Vorgänge wie auch die Entzündungszeichen reduzierten. Auch im Mausmodell konnten diese Effekte erreicht werden. Als Hintergrund wurde die mikroRNA-25-3p entdeckt. Wird sie aus den Exosomen entfernt, verschwinden die genannten Effekte. MikroRNA-25-3p bindet an die mRNA apoptosefördernder Proteine (FASL, PTEN), behindert deren Translation und reduziert so das Level dieser Proteine in den Zellen. Darüber hinaus reduziert diese mikroRNA die Proteine EZH2 und H3K27me3, die die Expression der Gene des cardioprotektiven Enzyms eNOS und des antiinflammatorischen SOCS3 behindern. Exosomen, die die mikroRNA-25-3p enthalten, sind auf diese Weise in der Lage die Folgen eines Myocard- Infarktes deutlich zu begrenzen.
Exosomal miR-25-3p From Mesenchymal Stem Cells Alleviates Myocardial Infarction by Targeting Pro-Apoptotic Proteins and EZH2
Yi Peng, Ji-Ling Zhao, Zhi-Yong Peng, Wei-Fang Xu, Guo-Long Yu. Cell Death Dis. 2020 May 5;11(5):317. doi: 10.1038/s41419-020- 2545-6.
Bei einem Myocardinfarkt kommt es zwangsläufig zu sauerstoffarmen (ischämische) Bedingungen im betroffenen Herzmuskelareal, die Zelluntergänge (Apoptose) forcieren und damit Folgeschäden auslösen. In dieser Studie wurden Knochenmark-Exosomen zu Zellkulturen von Herzmuskelzellen gegeben, die einer hypoxiden Atmosphäre ausgesetzt wurden. Es konnte gezeigt werden, dass die Exosomen die mikroRNA-144 in hohem Maße enthielten und dass die innerhalb von 12 Stunden gut von den kultivierten Zellen
aufgenommen wurden. Danach konnte im Vergleich gezeigt werden, dass die Exosomen die Apoptose der Zellen bremste. Wurde die mikroRNA-144 in den Zellen inhibiert, konnte dieser Effekt nicht erreicht werden. Exosomen, die die mikroRNA-144 enthalten, könnten also als Therapeutikum nach ischämischen Zuständen geeignet sein.
Exosomes from mesenchymal stem cells overexpressing MIF enhance myocardial repair.
Liu X, Li X, Zhu W, Zhang Y, Hong Y, Liang X, Fan B, Zhao H, He H, Zhang F., J Cell Physiol. 2020 Jan 20.
Knochenmark-Exosomen, die besonders viel von einem Inhibitor der Makrophagen-Wanderung (MIF) enthielen, wurden im Herzinfark-Tiermodell (Ratten) direkt in die betroffene Herzregion injiziert. Dort zeigte sich eine deutlich bessere Erholung der Herzfunktionen, weniger Herzumbau, weniger Zerstörung in den Mitochondrien, weniger zerstörerische Sauerstoffradikale und daraus folgend weniger Zelluntergänge.
Die genannten Exosomen wurden außerdem noch in vitro bei murinen Herzmuskelzellen eingesetzt. Diese zeigten im Anschluss weniger Fragmentierungserscheinungen der Herz-Mitochondrien und weniger Zelluntergänge (Apoptose), was eine bessere Vitalität der Zellen anzeigte.
Die Studie zeigt also neue therapeutische Mechanismen nach Herzinfarkten auf, die neuartige erfolgversprechende Therapien ermöglicht.
Exosomes from mesenchymal stem cells overexpressing MIF enhance myocardial repair.
Liu X, Li X, Zhu W, Zhang Y, Hong Y, Liang X, Fan B, Zhao H, He H, Zhang F., J Cell Physiol. 2020 Jan 20.
In dieser Studie wird bereits bei der Herstellung der Exosomen der Cholesterinsenker Atorvastatin eingesetzt. Die daraus isolierten Exosomen verstärkten in vitro an endothelialen Zellen unter Mangelbedingungen für Sauerstoff und Nährstoffe die Wanderung der Zellen und ihr Überleben. Von diesen behandelten endothelialen Zellen werden wiederum Exosomen gewonnen. Diese Exosomen wurden dann in vitro zu Herzmuskelzellen gegeben, die ebenfalls unter o. g. Mangelbedingungen gehalten wurden und normalerweise daher absterben würden. Mit den Exosomen gelingt es die Zelluntergänge zu verhindern. Werden erstere Exosomen im Tiermodell für akuten Herzinfarkt angewendet, kann die Wiederaufnahme der Herzfunktionen verbessert, die räumliche Ausdehnung des Infarktes begrenzt und die Apoptose der Herzmuskelzellen reduziert, die Angiogene gefördert und die Freisetzung von entzündlichen Zytokinsignalen vermindert werden, noch stärker als es bereits unbehandelte Exosomen konnten.
Die Forschergruppe identifizierte lncRNA-H19 als die Substanz der Exosomen, die für die verstärkte proangiogene Wirkung. Wurde diese lncRNA aus den Exosomen entfernt, ließen die identifizierten positiven Effekte nach.
Atorvastatin enhances the therapeutic efficacy of mesenchymal stem cells-derived exosomes in acute myocardial infarction via up-regulating long non-coding RNA H19.
Huang P, Wang L, Li Q, Tian X, Xu J, Xu J, Xiong Y, Chen G, Qian H, Jin C, Yu Y, Cheng K, Qian L, Yang Y. Cardiovasc Res. 2020 Feb 1;116(2):353-367.
Novel Applications of Mesenchymal Stem Cell-derived Exosomes for Myocardial Infarction Therapeutics
Sho Joseph Ozaki Tan, Juliana Ferreria Floriano, Laura Nicastro, Costanza Emanueli, Francesco Catapano. Biomolecules. 2020 May 2;10(5):E707. doi: 10.3390/biom10050707.
The Use of Mesenchymal Stem Cells and Their Derived Extracellular Vesicles in Cardiovascular Disease Treatment
Saeideh Gholamzadeh Khoei, Fateme Karimi Dermani, Sara Malih, Nashmin Fayazi Hosseini, Mohsen Sheykhhasan. Curr Stem Cell Res Ther. 2020 May 1. doi: 10.2174/1574888X15666200501235201.
Mesenchymal stem cell therapy for patients with ischemic heart failure -past, present, and future.
Chen F, Liang P, Ye F, Hou CC, Pi L. Curr Stem Cell Res Ther. 2020 Mar 9.