Heart failure (HF) remains a major global health burden despite available therapies, underscoring the need for novel treatment approaches. Cardiac macrophages play a critical role in maintaining myocardial homeostasis and they are increasingly recognized as promising targets for cardiac immunotherapy. This thesis investigated the causal role of cardiac macrophages in living, long-term cultured human heart tissue obtained from patients with heart failure with reduced ejection fraction (HFrEF).
Left ventricular (LV) myocardium samples were collected from 12 patients with end-stage HFrEF undergoing heart transplantation with a mean left ventricular ejection fraction of 20.8 ± 1.8%. Long-term cultured human LV tissue slices were treated with a colony-stimulating factor 1 receptor inhibitor (Csf1Ri) to deplete macrophages. Depletion was confirmed by CD68 immunohistochemistry.
Macrophage depletion led to a significant decline in contractility of human HFrEF myocardium displayed by a 35.04 ± 6.94% reduction in systolic force amplitude after 10 days of Csf1Ri treatment. Functional analyses of excitation–contraction coupling using post-rest potentiation suggested impaired sarcoplasmic reticulum (SR) calcium (Ca2+) handling in macrophage-depleted HFrEF tissue. Ca2+ imaging using epifluorescence microscopy in isolated cardiomyocytes from human HFrEF tissue slices showed decreased Ca2+ transient amplitudes in Csf1Ri treated tissue, while caffeine measurements confirmed impaired SR Ca2+ handling. Mechanistic studies further indicated that macrophage depletion increased oxidative stress and cardiomyocyte apoptosis. High-resolution respirometry demonstrated that macrophage depletion in human HFrEF myocardium caused an impaired mitochondrial respiration across all respiratory chain complexes. Transmission electron microscopy revealed a greater proportion of structurally damaged mitochondria and compromised mitochondrial integrity in macrophage-depleted human HFrEF tissue slices. In summary, macrophage depletion in human HFrEF myocardium results in a significant loss of contractile force, likely driven by altered Ca2+ homeostasis, enhanced cardiomyocyte apoptosis and mitochondrial dysfunction. These findings provide direct functional evidence that cardiac macrophages are crucial regulators of myocardial performance in human HF.

Die Herzinsuffizienz (HI) stellt trotz verfügbarer Therapien nach wie vor eine große globale Gesundheitsbelastung dar, was die Notwendigkeit neuer Behandlungsansätze unterstreicht. Kardiale Makrophagen spielen eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der myokardialen Homöostase und werden zunehmend als vielversprechende Ziele für die kardiale Immuntherapie anerkannt. In dieser Arbeit wurde die kausale Rolle von Herzmakrophagen in lebendigem, langzeitkultiviertem menschlichem Herzgewebe untersucht, das von Patienten mit Herzinsuffizienz mit reduzierter Ejektionsfraktion (HFrEF) gewonnen wurde.
Linksventrikuläre (LV) Myokardproben wurden von 12 Patienten mit Herzinsuffizienz mit reduzierter Ejektionsfraktion (HFrEF) im Endstadium entnommen, die sich einer Herztransplantation unterzogen und eine mittlere linksventrikuläre Ejektionsfraktion von 20,8 ± 1,8% aufwiesen. Langzeitkultivierte menschliche LV-Gewebeschnitte wurden mit einem Kolonie-stimulierenden Faktor-1-Rezeptor-Inhibitor (Csf1Ri) behandelt, um Makrophagen zu entfernen. Die Depletion wurde anschließend durch CD68-Immunhistochemie bestätigt.
Die Makrophagen-Depletion führte zu einer starken Reduktion der Kontraktilität im HFrEF Gewebe, die sich in einer Verringerung der systolischen Kraftamplitude um 35,04 ± 6,94 % nach 10 Tagen Csf1Ri-Behandlung zeigte. Funktionsanalysen der Elektromechanischen Kopplung unter Verwendung der Post-Rest-Potenzierung deuteten auf eine beeinträchtigte Ca²⁺-Verarbeitung des sarkoplasmatischen Retikulum (SR) in Makrophagen-depletiertem Gewebe hin. Ca²⁺-Bildgebung unter Verwendung von Epifluoreszenzmikroskopie in isolierten Kardiomyozyten aus menschlichen HFrEF Gewebeschnitten zeigte verringerte Ca²⁺-Transientenamplituden in Csf1Ri-behandeltem Gewebe, während Koffeinmessungen eine beeinträchtigte SR-Ca²⁺-Verarbeitung bestätigten. Mechanistische Studien zeigten zudem, dass eine Makrophagen-Depletion den oxidativen Stress und die Apoptose der Kardiomyozyten erhöhte. Hochauflösende Respirometrie zeigte, dass die Makrophagenverarmung im menschlichen HFrEF-Myokard eine beeinträchtigte mitochondriale Atmung über alle Atmungskettenkomplexe hinweg verursachte. Transmissionselektronenmikroskopie offenbarte einen höheren Anteil strukturell geschädigter Mitochondrien und eine beeinträchtigte mitochondriale Integrität in Makrophagen-depletiertem menschlichen HFrEF Gewebeschnitten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Makrophagen-Depletion im menschlichen HFrEF-Myokard zu einem signifikanten Verlust der Kontraktionskraft führt, der wahrscheinlich durch eine veränderte Ca2+-homöostase, eine verstärkte Apoptose der Kardiomyozyten und eine mitochondriale Dysfunktion verursacht wird. Diese Ergebnisse liefern einen direkten funktionellen Beweis dafür, dass kardiale Makrophagen entscheidende Regulatoren der Myokardleistung bei menschlicher HI sind.