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Kann die Bildung neuer Blutgefäßzellen die Gefäßalterung verlangsamen? Ein Blick auf aktuelle Forschungsergebnisse

Neue Studie legt nahe, dass die Bildung neuer Blutgefäßzellen die Gefäßalterung verlangsamt

Wie Thomas Sydenham, der sogenannte englische Hippokrates, im 17. Jahrhundert sagte: „Ein Mann ist so alt wie seine Arterien.“ 

Zum ersten Mal haben Forscher eine erfolgreiche Methode zur Untersuchung des Alterungsprozesses von Blutgefäßen entdeckt, zu denen Arterien, Venen und Kapillaren gehören. Dieser innovative Mechanismus, der Zellmodellierung nutzt, könnte zu neuen Behandlungen zur Verlangsamung der Gefäßalterung führen. 

Altersbedingte Schäden am Gefäßsystem – dem Netzwerk von Blutgefäßen, die das Herz mit anderen Organen verbinden – sind ein Risikofaktor für mehrere Krankheiten, die zu Behinderungen und Mortalität führen. Zu diesen Störungen gehören Herz-Kreislauf-Erkrankungen, die die Blutgefäße des Herzens beeinträchtigen, und zerebrovaskuläre Erkrankungen, die die Blutgefäße des Gehirns beeinträchtigen. 

Daher hat jede neue Forschung, die klären kann, wie und warum Gefäßalterung auftritt, das Potenzial, das Risiko dieser weit verbreiteten Krankheiten zu verringern und den Alterungsprozess zu verlangsamen.  

In diesem Artikel erfahren Sie mehr über diese aktuelle Studie, die einen Weg gefunden hat, neue Blutgefäßzellen zu schaffen, mit dem ultimativen Ziel, die Gefäßalterung und -erweiterung zu verlangsamen gesundheitsspanne – die Lebensjahre ohne Krankheit – und möglicherweise die Lebensspanne.  

Hintergrund: ein Blick auf die Gefäßalterung 

Wenn das Gefäßsystem altert, werden die Blutgefäße verhärtet, verkalkt und undicht und Venen und Arterien werden weniger elastisch. Diese Veränderungen tragen zu hohem Blutdruck und einem erhöhten Risiko für Herzerkrankungen bei. 

Bisher haben Forscher diese Veränderungen nur visuell beobachtet, anstatt die molekularen Auswirkungen des Alterns zu messen. Das Sammeln von Blutgefäßzellen ist äußerst invasiv, weshalb die Forschung zu den zellulären Markern der Gefäßalterung beim Menschen begrenzt ist. Frühere Forschungen nutzten Tiermodelle zur Untersuchung dieser biologischen Alterungsmarker in Geweben, die für den Menschen nicht leicht zugänglich sind. 

Eine weitere Methode, die frühere Forschungen angewendet haben, ist die Verwendung pluripotenter Stammzellen, bei denen es sich um „Meisterzellen“ handelt, die sich in jede Art von Zelle umprogrammieren können.

Obwohl dieser Prozess effektiv neue Blutgefäßzellen erzeugen kann, fanden Forscher heraus, dass diese Neuprogrammierung alle möglicherweise aufgetretenen altersbedingten molekularen Veränderungen auslöscht. Im Wesentlichen werden die neuen Zellen so zurückgesetzt, dass sie nur noch „junge“ Eigenschaften und Zellsignaturen aufweisen. Dieser Reset bedeutet, dass der zelluläre Gefäßalterungsprozess nicht untersucht werden kann; Daher liegen auch therapeutische Strategien zur Bekämpfung altersbedingter Gefäßerkrankungen außer Reichweite. 

Bis jetzt haben Forscher des Salk Institute eine Möglichkeit entdeckt, menschliche Gefäßsysteme aus Hautzellen wiederherzustellen, ohne die pluripotenten Stammzellen zu verwenden, die die molekularen Marker des Alterns löschen. 

gefäßalterung kann Arteriosklerose und Herzerkrankungen verursachen

Wie haben die Forscher neue Blutgefäßzellen geschaffen?

Die Studie, veröffentlicht in eLife im September 2020 wurde von Forschern des Salk Institute in San Diego verfasst. 

Frühere Forschung vom selben Team im Jahr 2015 erklärten, wie die Forscher alternde Gehirnzellen aus menschlichen Hautzellen erzeugten. Da das Gehirn ein weiteres Organ ist, das schwer zugänglich und schwer zu untersuchen ist, wurden mit dieser Methode Zellen mit den charakteristischen Merkmalen der Gehirne älterer Menschen hergestellt, was es Wissenschaftlern ermöglicht, altersbedingte neurodegenerative Erkrankungen wie die Alzheimer-Krankheit einfacher zu erforschen.

In dieser Studie verwendeten die Salk-Forscher dieselbe Methode, um Gefäßzellen ohne pluripotente Stammzellen zu induzieren. Hautzellen, sogenannte Fibroblasten, wurden von drei jungen Spendern (19–30 Jahre alt), drei älteren Spendern (62–87 Jahre alt) und acht Patienten mit Hutchinson-Gilford-Progerie-Syndrom (HGPS) entnommen. HGPS, auch Progerie genannt, ist eine seltene genetische Störung, die in jungen Jahren zu vorzeitigem Altern führt. Daher wird sie häufig zur Untersuchung biologischer Alterungsmarker verwendet.

Anschließend programmierten die Forscher die Fibroblasten direkt so um, dass sie zu induzierten vaskulären Endothelzellen (iVECs) und induzierten glatten Muskelzellen (iSMCs) wurden. 

Gefäßendothelzellen bilden eine einzellige Schicht entlang der inneren Auskleidung der Blutgefäße; Eine Schädigung dieser Zellen geht Herz-Kreislauf-Erkrankungen voraus. Glatte Muskelzellen umgeben die Endothelzellen und sind an der Verengung und Erweiterung der Blutgefäße beteiligt. Bei Beschädigung spielen sie eine Rolle bei der Entstehung von Arteriosklerose und Bluthochdruck. 

gesunde Blutgefäße; Neue Forschungsergebnisse haben ergeben, dass die Bildung neuer Blutgefäßzellen aus Fibroblasten die Gefäßalterung verlangsamen kann

Was waren die Ergebnisse? 

Die Forscher fanden heraus, dass die iVECs und iSMCs deutliche Marker für das Altern und die Expression von Genen zeigten, die an der Verkalkung und Entzündung der Blutgefäße beteiligt sind. 

Insbesondere zeigten die iVECs älterer Spender eine erhöhte Expression der Gene GSTM1 und PALD1, die mit oxidativem Stress, Entzündungswegen und einer Hemmung der Stabilität der Endothelverbindung verbunden ist. 

Sie untersuchten auch die Konzentrationen des Proteins BMP-4 (Bone Morphogenetic Protein 4), das bei Überexpression an der Verkalkung von Blutgefäßen beteiligt ist. Die BMP-4-Spiegel waren in den Zellen älterer Spender höher als in den Zellen jüngerer.

Allerdings waren die BMP-4-Spiegel bei HGPS-Patienten deutlich höher als bei älteren Spendern, was darauf hindeutet, dass BMP-4 auch am Prozess der beschleunigten Alterung beteiligt ist.

Nachdem die Forscher die Bedeutung des BMP-4-Spiegels für das Altern und die Herz-Kreislauf-Gesundheit entdeckt hatten, blockierten sie das Protein, um die Auswirkungen auf die gealterten Gefäßzellen zu untersuchen. 

Sie fanden heraus, dass bei Spendern mit Gefäßerkrankungen der Einsatz gezielter Antikörper zur Blockierung von BMP-4 zu einer Verringerung der Gefäßleckage führte, die häufig bei alternden Blutgefäßen auftritt.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass möglicherweise neue Therapien sowohl für die Gefäßalterung als auch für HGPS in Sicht sind. Mithilfe dieser neuen Methode der direkten Umwandlung von Fibroblasten in Gefäßzellen können Forscher nun die Auswirkungen verschiedener Gefäßbehandlungen untersuchen. Die gezielte Behandlung von BMP-4 könnte auch eine neue Strategie sein, um die Schäden zu reduzieren, die sowohl im HGPS als auch im alternden menschlichen Herz-Kreislauf-System auftreten.  

Kernaussage: Was bedeutet diese Forschung?

  • Forscher des Salk Institute haben nun erfolgreich Fibroblasten sowohl in Neuronen als auch in Gefäßzellen umgewandelt und werden diesen Prozess wahrscheinlich weiterhin auf andere vom Alterungsprozess betroffene Zelltypen anwenden.  
  • Dieser Prozess ist neu und basiert auf der Direktumwandlungsmethode, bei der Fibroblasten direkt in Gefäßzellen umgewandelt werden, ohne dass pluripotente Stammzellen verwendet werden. Dies ermöglicht eine bessere Erforschung alternder Zellen, da die Stammzellen die molekularen Marker des Alterns auslöschen. 
  • Zukünftige Forschungen könnten diese direkte Konvertierungsmethode nutzen, um altersbedingte Gefäßschäden zu reduzieren und dadurch das Risiko von Herz-Kreislauf- und zerebrovaskulären Erkrankungen zu verringern und die Gesundheitsspanne und möglicherweise auch die Lebensdauer zu verlängern. 

Verweise: 

Bersini S, Schulte R, Huang L, Tsai H, Hetzer MW. Die direkte Neuprogrammierung menschlicher glatter Muskel- und Gefäßendothelzellen deckt Defekte auf, die mit dem Altern und dem Hutchinson-Gilford-Progerie-Syndrom verbunden sind. Elife. 2020;9:e54383. Veröffentlicht am 8. September 2020. doi:10.7554/eLife.54383

Mertens J, Paquola ACM, Ku M, et al. Direkt umprogrammierte menschliche Neuronen behalten altersbedingte transkriptomische Signaturen und decken altersbedingte nukleozytoplasmatische Defekte auf. Zellstammzelle. 2015;17(6):705-718. doi:10.1016/j.stem.2015.09.001

Ungvari Z, Tarantini S, Donato AJ, Galvan V, Csiszar A. Mechanismen der Gefäßalterung. Zirkelres. 2018;123(7):849-867. doi:10.1161/CIRCRESAHA.118.311378

Wei X, Wu W, Li L, et al. Knochenmorphogenetische Proteine ​​2/4 werden während der frühen Entwicklung einer Gefäßverkalkung bei chronischen Nierenerkrankungen hochreguliert. Biomed res int. 2018;2018:8371604. Veröffentlicht am 12. April 2018. doi:10.1155/2018/8371604



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