Medizintechnik 23.03.2012, 11:59 Uhr

Vollimplantierbares Kunstherz wird erprobt

Spenderherzen sind Mangelware, deshalb entwickeln Ingenieure jetzt Kunstherzen, die sich komplett implantieren lassen. Ein deutsches System hat den Sprung vom Labor ins Tier geschafft. Noch aber müssen umfangreiche Tests absolviert werden, bevor es einem Menschen eingepflanzt werden kann.

Ältere Menschen haben wenig Aussicht auf ein Spenderherz.

Ältere Menschen haben wenig Aussicht auf ein Spenderherz.

Foto: Amgen

Warten auf Leben oder Tod: 992 Patienten aus Deutschland waren im Jahr 2011 für eine Herztransplantation bei Eurotransplant angemeldet. Die im niederländischen Leiden ansässige Stiftung organisiert für einen Teil der europäischen Länder die Vergabe von Spenderorganen. Doch nur 362 der Patienten hatten das Glück, ein neues Herz zu bekommen – ein Bruchteil des tatsächlichen Bedarfs. Selbst Patienten im Endstadium einer Herzschwäche, die auf der Intensivstation überwacht werden, müssen mit wochenlangen Wartezeiten rechnen.

Der Mangel diktiert Rationierung: Wer über 60 Jahre alt ist, hat kaum eine Chance auf ein neues Herz. Seit zehn Jahren geht die Schere zwischen benötigten Transplantaten und verfügbaren Spenderherzen immer weiter auseinander.

Neues Kunstherz könnte Mangel an Spenderherzen ausgleichen

Die bittere Konsequenz: „Zwischen 20 % und 25 % der Patienten, die auf der Warteliste für ein Spenderherz stehen, müssen sterben“, so ein im Deutschen Ärzteblatt veröffentlichter Bericht. Darin plädieren Experten für den verstärkten Einsatz der Technik, doch längst nicht alle Patienten profitieren davon.

Zwar können Chirurgen und Patienten unter rund einem Dutzend verschiedener Systeme zur Herzunterstützung wählen, wie Kavous Hakim-Meibodi, stellvertretender Direktor am Herz- und Diabeteszentrum NRW Bad Oeynhausen und Experte für Kunstherzen, den VDI nachrichten erläuterte: „Das sind Pumpen, die in den Körper eingesetzt werden, um das geschwächte Herz in seiner natürlichen Blutförderfunktion zu unterstützen. Sie helfen einer oder beiden Herzkammern für eine gewisse Zeit und kommen bei der Regeneration oder bei Patienten zum Einsatz, die kein Spenderorgan empfangen können.“

Die Technik wird sogar bei schwer herzkranken Säuglingen und Kindern eingesetzt, um die Wartezeit bis zum Eintreffen eines passenden Spenderherzens zu überbrücken. „Wir sehen jedoch immer mehr Patienten, bei denen durch eine Infektion oder einen Infarkt das Herzgewebe so stark angegriffen ist, dass sie ein vollständig neues Herz benötigen“, erklärte Hakim-Meibodi.

Wenn aber kein Transplantat zur Verfügung steht, gibt es keine andere Wahl. Hakim-Meibodi: „In dem Fall steht weltweit nur ein zugelassenes System zur Verfügung, das CardioWest-Herz.“

Angetrieben wird das in den USA entwickelte Kunst(stoff)herz mit Druckluft, die ein Kompressor außerhalb des Körpers erzeugt. Über Schläuche, die durch die Bauchdecke des Patienten geführt werden, ist die künstliche Pumpe im Brustkorb mit dem Antrieb verbunden.

Bis heute gibt es kein vollständig implantierbares Kunstherz

Die knapp 4 kg schwere Ausrüstung verschwindet in einem Rucksack. Am Gürtel befestigte Akkus versorgen das System mit Energie. „Damit ist der Patient mobil und kann sich im häuslichen Umfeld frei bewegen“, sagte Hakim-Meibodi. Ein Leben auf Pump, das die Wartezeit bis zur Transplantation überbrückt. Ein vollständig implantierbares Kunstherz gibt es bis heute nicht.

Das soll sich ändern. Mit Hochdruck entwickelt die Arbeitsgruppe unter Leitung von Reiner Körfer, Professor am Lehrstuhl für Angewandte Medizintechnik des Helmholtz-Instituts der RWTH Aachen, zusammen mit dem Herz- und Diabeteszentrum in Bad Oeynhausen ein vollimplantierbares Kunstherz.

Den Prototyp des in Anspielung auf den Vornamen eines seiner Väter „ReinHeart“ genannten Kunstherzens haben die Forscher Kälbern eingesetzt, „wo es über viereinhalb Stunden erfolgreich und ohne Probleme arbeitete“, sagte RWTH-Projektleiter Thomas Finocchiaro. Nun stehen Tests bevor, bei denen sich das Kunstherz ein Vierteljahr lang im Tier bewähren muss.

Die Herzpumpe ist mit biokompatiblem Polyurethan (PU) ausgekleidet und wiegt 960 g. Das Gewicht soll noch auf 800 g sinken. Mit Maßen von 90 mm x 85 mm soll das Kunstherz in den Brustkorb von 80 % aller Patienten passen.

Wie das menschliche Herz besitzt die künstliche Variante eine rechte und eine linke Herzkammer mit einem Schlagvolumen von je 60 ml und ist mit vier mechanischen Herzklappen ausgestattet. Die Passform haben die Forscher mithilfe von Computersimulationen optimiert. Das ermögliche den störungsfreien Blutfluss und verhindere Gerinnselbildung, so Finocchiaro.

Entscheidende Neuerung ist der fast verschleißfrei arbeitende elektromagnetische Linearantrieb. „Dadurch hat das ReinHeart nur ein bewegliches Teil, und das bewegt sich nahezu reibungslos“, erklärte der Ingenieur. Der Antrieb sorgt für die erforderliche Pumpleistung, die einer maximalen Kraft von 70 N entspricht, verbraucht dabei nur 20 W Energie, die er drahtlos empfangen kann.

Neues Kunstherz soll 2015 in die klinische Phase gehen

Wenn alles gut geht, beginnt im Sommer 2015 die klinische Phase. Etwa fünf Jahre oder 200 Mio. Herzschläge lang soll das Kunstherz halten und dabei 13 Mio. l Blut befördern.

Auch die vom französischen Herzchirurg Alain Carpentier gegründete Firma Carmat arbeitet an einem vollimplantierbaren Kunstherzen. Der Prototyp verfügt über vier Herzklappen und zwei Herzkammern und wiegt ca. 900 g. Zwei gesondert verkapselte elektrohydraulische Mikropumpen treiben über ein Silikonöl die Membranen der Blutpumpe an.

Der Clou: Ein Regelsystem registriert über Sensoren die körperliche Belastung und passt Pumpleistung und Blutfluss an. Um die Gerinnungsgefahr zu mindern, wurden die Herzkammern mit biologisch inaktiviertem Rinderknorpel beschichtet. Wann das System erstmals einem Menschen implantiert werden kann, ist offen. Tests im Tiermodell hat das Kunstherz bislang nicht absolviert.

Ein Beitrag von:

  • Silvia von der Weiden

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