Humboldtianer im Fokus

Vom Außenseiter zum Hoffnungsträger

Von Anna Frey

Seit 150 Jahren beschäftigt die Wissenschaft eine Frage, die heute viele Leben retten könnte: Gibt es eine Möglichkeit, das Herz nach einer Schädigung zur Selbstregeneration anzuregen? Viele Forscher haben sich erfolglos an dieser Herausforderung versucht - der Zellbiologe Felix Engel hat es geschafft: Für seine Erfolge auf dem Gebiet der Herzzellenregeneration wurde er mit dem Sofja Kovalevskaja- Preis der Alexander von Humboldt-Stiftung ausgezeichnet.

Der Herzinfarkt ist eine der Haupttodesursachen in den Industrienationen. In Deutschland erleiden jedes Jahr etwa 280.000 Menschen einen Herzinfarkt; etwa jeder vierte Infarkt verläuft tödlich. Durch die Verengung oder den Verschluss eines Herzkranzgefäßes wird bei einem Infarkt der Herzmuskel nicht ausreichend durchblutet, wodurch die Herzmuskelzellen absterben und die Pumpleistung nicht mehr ausreicht, um den ganzen Körper mit Blut zu versorgen. Im Gegensatz zu den Skelettmuskeln kann das geschädigte Herz von Menschen und anderen Säugetieren sich jedoch nicht regenerieren, weil sich die Zellen nicht mehr teilen. So steht es zumindest in den Lehrbüchern.

Trotzdem suchte der deutsche Zellbiologe Felix Engel nach einem Weg, erwachsene Herzzellen zur Teilung anzuregen. Denn er wusste: Beim Lurch und auch beim Zebrafisch wächst zerstörtes Herzgewebe ein Leben lang nach. Das menschliche Herz hingegen wächst nur bis kurz nach der Geburt durch Zellteilung - danach verlieren die Herzmuskelzellen die Fähigkeit, sich zu vermehren. Engel räumt ein, dass sein Vorhaben so "in der Natur nicht vorgesehen ist". Seine Kritiker hielten es schlicht für undurchführbar.

Herzmuskellzelle einer Ratte kurz vor der Teilung: Die gleichzeitige Gabe eines Wachstumsfaktors und die Ausschaltung des Proteins, das die Teilung normalerweise unterdrückt, zeigt Wirkung. Foto: Georg Scholl

Als Doktorand ist es Engel gelungen, aus Herzmuskelzellen von Ratten die Zellkerne zu entnehmen und deren genetisches Material, die DNA, zu verdoppeln. Ein erster, wegweisender Erfolg. Doch um seine Untersuchungen nach Abschluss der Doktorarbeit fortsetzen zu können, brauchte der enthusiastische Nachwuchsforscher eine Postdoc-Stelle, was sich als schwierig erwies: Nahezu alle anderen Gruppen, die an dem Thema gearbeitet hatten, legten die Sache als aussichtslos ad acta. Forschungsanträge, die Engel auf der Suche nach Finanzierung einreichte, wurden mit dem Kommentar: "Greifen Sie nicht nach den Sternen" abgelehnt. Engel gab nicht auf - und fand in Mark Keating, Professor für Zellbiologie an der Harvard Medical School, schließlich doch einen Unterstützer für sein Vorhaben.

Stammzelleneuphorie weltweit

"Endlich konnte ich loslegen", freut sich Engel. Mit Feuereifer stürzte er sich in die Arbeit. Er machte sich daran, nicht nur, wie in seiner Doktorarbeit, die Zellkerne, sondern intakte Herzmuskelzellen von Ratten zum Teilen zu bringen. Dazu züchtete Engel die Zellen in einem Kulturmedium und stimulierte sie. "Jede einzelne Zelle kontrahiert und schlägt wie ein kleines Herz", beschreibt er das Geschehen in der Petrischale. Seine Strategie: Er versuchte, die Zellteilung durch die Zugabe von Wachstumsfaktoren zu steuern. Denn diese Proteine heften sich an die Zelloberfläche und geben der Zelle das Signal zur Teilung. Ließe sich dieser Vorgang gezielt beeinflussen, könnten auch adulte Herzzellen zur Teilung angeregt werden. Im Prinzip einfach, ist es jedoch in Wirklichkeit sehr schwierig, die richtigen Wachstumsfaktoren in der richtigen Konzentration zu finden, um ein gewünschtes Signal zu senden. So gelang es Engel zwar, die Verdoppelung des Erbgutes in Herzzellen anzuregen - geteilt haben sich die pulsierenden Zellen in den Schälchen zunächst jedoch nicht.

2001 kam dann der Schock: Das renommierte Wissenschaftsmagazin Nature publizierte, dass die Injektion von Stammzellen das Herz zur Regeneration anregen könne und löste eine weltweite Stammzellen-Euphorie aus. "Ist jetzt alles aus?", fragte sich Engel und zweifelte: "Wer wird sich noch für meine Untersuchungen interessieren?" Desillusioniert kehrte er in sein Labor zurück, um die laufenden Versuche abzuschließen. Er war gerade dabei, einen weiteren Wachstumsfaktor namens FGF1 zu testen. Da fiel sein Blick auf ein Schälchen, das zur Kontrolle einen zusätzlichen Faktor enthielt. "In diesem Schälchen war etwas anders als sonst", beschreibt Engel. Er blickte genauer hin und traute seinen Augen nicht: Er hatte endlich gefunden, wonach er so lange gesucht hatte. Die Herzzellen hatten sich samt ihrem Erbgut geteilt. Gelungen ist das durch das Zusammenspiel des Wachstumsfaktors FGF1, der die Zellteilung induziert, bei gleichzeitiger Hemmung des Proteins p38 MAP-Kinase, das diese Teilung im Herz normalerweise verhindert.

„Ich wollte die Ergebnisse wasserdicht bewiesen haben, um den zahlreichen Zweiflern von vorneherein den Wind aus den Segeln zu nehmen."

Engel hat sich danach Zeit genommen, seine revolutionäre Entdeckung zu veröffentlichen. "Ich wollte die Ergebnisse wasserdicht bewiesen haben, um den zahlreichen Zweiflern von vorneherein den Wind aus den Segeln zu nehmen", erklärt er. Dass die Stammzellentherapie bei Herzfehlern nicht gehalten hat, was man sich im ersten Überschwang von ihr versprochen hatte, gab Engel und seiner Entdeckung zusätzlich Aufwind. Der ambitionierte Zellbiologe ist sichtlich stolz, dass er seinen Weg trotz aller Widerstände gegangen ist. Für seine Entdeckung wurde er 2006 mit dem Sofja Kovalevskaja-Preis der Alexander von Humboldt-Stiftung ausgezeichnet, der, seinerzeit mit 1,2 und seit Neuestem mit bis zu 1,65 Millionen Euro dotiert, einer der attraktivsten Preise für Nachwuchsforscher in Deutschland ist. Damit konnte sich Engel einen großen Wunsch erfüllen: Er ist zurück nach Deutschland gekommen und kann am Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim mit einer eigenen Forschergruppe weiter an seinem Thema arbeiten. Schließlich soll aus seinen Erkenntnissen möglichst bald eine Therapie für herzkranke Menschen werden.

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