Patienteneigene Kardiomyozyten aus Stammzellen könnten mit Strategien zur Gewebezüchtung (Tische Engineering) therapeutische Alternativen zur Behandlung von kardiovaskulären Erkrankungen darstellen. Für die in vitro Herstellung von funktionellem Herzgewebe ist eine ausreichende Gefäßversorgung ein wesentlicher Aspekt neben der kontraktilen Kraft der Kardiomyozyten und einer mechanischen Stabilisierung durch Fibroblasten. Neuere Forschungsergebnisse zeigen die einzigartige Möglichkeit, alle im Herzen vorkommender Zelltyp aus pluripotenten Stammzellen zu generieren. In diesem Projekt sollte deshalb die „In vitro Organisation von kardiovaskulären Zellen aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen zu vaskularisiertem Herzgewebe“ untersucht werden. Das Projekt beruht auf folgenden Hypothesen: 1. alle kardiovaskulären Zelltypen können aus einer gemeinsam Zellquelle von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPS-Zellen) gewonnen werden; 2. diese Zellen sind in der Lage, sich in vitro zu einem vollständig autologem vaskularisiert Herzgewebe zu organisieren, das therapeutisch eingesetzt werden kann; und 3. Perizyten könnten eine wichtige Rolle bei der Ausbildung funktioneller Gefäßstrukturen spielen. Im Rahmen des Vorhabens wurden neue transgene humane iPS-Zelllinien generiert, die über eine TALEN-vermittelte gezielte Insertion eines Antibiotikaresistenz-Gens unter der Kontrolle eines herzspezifischen Promoters in den AAVS1-Lokus eine effiziente Selektion von hochreinen Kardiomyozyten-Populationen (>98%) aus einer „sicheren“ Zellquelle erlauben. Die bei der Antragstellung mit 20 % angegebene Effizienz der Endothelzell-Differenzierung konnte im Rahmen des Projektes in dynamischen Suspensionskulturen deutlich auf knapp 70 % gesteigert werden. Mithilfe der Zellsortierung konnten hochreine Endothelzellen (99 % CD31-positiv) generiert werden. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden eine wichtige Grundlage für eine Massenproduktion solcher Endothelzellen für therapeutische Anwendungen. Es konnten ebenfalls mit hoher Effizienz Perizyten aus humanen iPS-Zellen generiert und eingehend charakterisiert werden. Zusätzlich zum geplanten Arbeitsprogramm wurden putative Promotor-Sequenzen des NG2-Gens identifiziert und erstmals kloniert. Die neuen damit generierten Reporterzelllinien zur Identifizierung von Perizyten bieten eine hervorragende Grundlage für die Etablierung von Protokollen zur gerichteten Differenzierung humaner iPS-Zellen. Eine Induktion der Differenzierung durch voll definierte Kulturbedingungen und -Zusätze (Jagged, andere Notch-Liganden oder Notch-Signalweg assoziierte small molecules) soll weiterführend in einem Medium-Throughput-Verfahren untersucht werden. Wir konnten in Kokultivierungs-Experimenten zeigen, dass Perizyten aus iPS-Zellen in vitro an der Ausbildung netzartiger, Kapillar-ähnlicher Strukturen beteiligt sind, deren Funktionalität weiter untersucht werden soll. Letztendlich konnten erfolgreich Bioartifizielle Herzgewebe aus vier verschiedenen kardiovaskulären Zelltypen generiert werden. Kardiomyozyten, Endothelzellen und Perizyten wurden dafür aus humanen iPS-Zellen differenziert, somit zeigen die Ergebnisse des Vorhabens die Machbarkeit der Generierung von patienten-spezifischem Ersatzgewebe aus einer einzigen autologen Zellquelle.