Herzrhythmustörungen schonender behandeln | Forscher entwickeln einen biohybriden Herzschrittmacher, der den Herzmuskel und andere Muskelgruppen gezielt optisch stimuliert.
In dem Verbundprojekt Bio-PACE nutzen Wissenschaftler die neue Technik der lichtinduzierten Herzerregung, -defibrillation und Skelettmuskelstimulation: Während herkömmliche Herzschrittmacher elektrische Impulse in das Herz geben, sollen in dem neuen Verfahren optische Impulse eingesetzt werden. So wird der Herzmuskel nicht mittels einer elektrischen Stimulation, sondern mit Licht zur Kontraktion gebracht.
Eine weitere Neuerung ist das Material: Der Schrittmacher wird zum Teil aus biologischem Material bestehen. Durch die Fertigung des Schrittmachers aus patienteneigenen Zellen können Abstoßungsreaktionen des Körpers minimiert werden. In diese in ein Hydrogel eingebetteten Zellen werden sogenannte aufwärtskonvertierende Nanopartikel (upconverting nanoparticles, UCNP) eingebracht. Diese sind notwendig, um eine Kontraktion als Reaktion auf die optische Stimulation hervorzurufen. Der Impuls wird an die umliegenden Zellen weitergegeben, wodurch der Herzmuskel sich zusammenzieht.
Mit diesem veränderten Ansatz wird nicht nur eine verbesserte Behandlung von Herzrhythmusstörungen möglich. In der Folge soll außerdem ein biohybrider Defibrillator entwickelt werden. Dadurch könnten Langzeitfolgen der Behandlung – wie zum Beispiel Vernarbungen des Gewebes – verringert oder ganz vermieden werden.
Das Projekt hat eine ungewöhnlich kurzen Entwicklungszeit, weil die Partner in ihrem jeweiligen Teilvorhaben auf bereits erzielte Ergebnisse zurückgreifen können. Die Herausforderung liegt nunmehr darin, diese zu verbinden und für den Einsatz als Herzschrittmacher vorzubereiten.
Die Koordination des Verbundprojektes „Biohybrids for Photon-Activated Cardiac Excitation“ (BioPACE) übernimmt das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH). Die Medizinische Hochschule Hannover (MHH) stellt die Expertise in der Zellherstellung und Implementation zur Verfügung. Von der Life Photonic GmbH wird die benötigte Lichtleitfasertechnologie und von der Centrum für Angewandte Nanotechnologie CAN GmbH die konvertierenden Nanopartikeln (wie UCNPs oder Quantum Dots) beigesteuert. Mit den Anwendungsmöglichkeiten am Herzmuskel und der Skelettmuskulatur beschäftigt sich das Universitätsklinikum Bonn.
Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung über die VDI Technologiezentrum GmbH im Rahmen der Förderinitiative „Photonik Plus – Neue optische Basistechnologien“ für eine Laufzeit von drei Jahren gefördert.
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