Über zehn Millionen Menschen in Europa leiden an einer Herzschwäche, und nicht wenige davon brauchen ein Spenderherz. Um die Wartezeit zu überbrücken, werden ihnen künstliche Herzpumpen eingesetzt. Doch diese haben einige Nebenwirkungen: Es besteht beim Einsatz der Kunstherzen die Gefahr von Blutgerinnseln oder einer Abstoßungsreaktion gegen das fremde Material, was zu schweren Immunreaktionen führen kann.
Getarnte Herzpumpen: Zellen auf dem Kunstherz
Forscher des Schweizer Projekts Zurich Heart arbeiten daher an einer neuen Generation von Herzpumpen, die so „getarnt“ werden sollen, dass die menschlichen Abwehrzellen sie nicht von einem echten Herzen unterscheiden können. Natürliche Blutgefäße – unter anderem das Herz – sind auf der Innenseite mit so genannten Endothelzellen ausgekleidet, die den Austausch zwischen Blut und Körpergewebe regulieren. Ein Kunstherz muss also über eine Fläche verfügen, auf der sich körpereigene Endothelzellen ansiedeln können. Diese Gewebeoberfläche gaukelt dem Blut vor, dass es sich nicht um ein künstliches Organ, sondern um ein echtes Herz handelt.
Optimale Bedingungen für Endothelzellen auf dem Kunstherz
Forschern rund um Eduardo Mazza, Leiter der Empa-Abteilung Experimental Continuum Mechanics , Professor an der ETH Zürich und Co-Projektleiter von Zurich Heart, ist es nun gelungen, eine Membran zu entwickeln, die sehr gute Bedingungen für die Besiedelung durch Endothelzellen bietet. Diese Membran bietet nicht nur die passende Grundlage für die notwendigen Zellen, sondern dämpft zudem die natürliche Pumpbewegung – denn bei zu starken Kontraktionen können sich die Zellen auch auf einer noch so verlockend präparierten Unterlage kaum festhalten und werden vom Blut weggespült.
Hexagon-Lösung macht da Kunstherz attraktiv
Damit sich die Endothelzellen auf der Membran wohlfühlen und sich entsprechend festhalten, hat Aldo Ferrari, Forscher an der ETH Zürich und an der Empa, ein Substrat mit einer speziellen Struktur entwickelt, mit dem die Membran ausgestattet wird: Wie bei einer Bienenwabe reihen sich einzelne Sechsecke aneinander und bieten den Zellen Platz, um sich darin einzunisten und nicht weggeschwemmt zu werden.
Eine erfolgreiche Methode, denn das Forscherteam hat sowohl durch In-vitro- als auch durch In-vivo-Versuche bestätigen können, dass die Zellen auch nach mehreren Pumpbewegungen an der Membran haften bleiben und so eine potenzielle Lösung für die Entwicklung von biokompatibleren Herzpumpen liefern. Ziel ist es, nicht nur die Membran, sondern die gesamte Innenfläche einer Pumpe mit dieser Hexagonstruktur auszukleiden.
Nächste Schritte für ein neues Kunstherz eingeleitet
„Wir wollen einige der entwickelten Lösungen in klinisch relevante Produkte umsetzen“, so Mazza. Das kann mehrere Jahre dauern, daher ist Zurich Heart zeitlich nicht limitiert. Mit seinem Team plant Mazza bereits die nächsten Schritte: Das Langzeitverhalten einer solch endothelisierten Herzpumpe zu erforschen. Schließlich muss sie mehrere Millionen Schläge überstehen.
www.empa.ch/web/s604/zurich-heart-2019
