Tissue Engineering Regenerative Herzklappen nach Maß - medizin&technik - Ingenieurwissen für die Medizintechnik

Tissue Engineering

Regenerative Herzklappen nach Maß

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Vom Computer designte regenerative Herzklappe (Bild: Basiert auf Abbildung in Publikation, Universität Zürich)
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Prothesen, die wachsen und sich regenerieren, sollen nun auch bei Herzfehlern helfen: Forscher setzen zum ersten Mal erfolgreich regenerative Herzklappen bei Schafen ein, die mithilfe von Computersimulationen designt wurden.

Herzklappenfehler sind weltweit eine der Hauptursachen für Morbidität und Sterblichkeit. Die heute verfügbaren, künstlichen Herzklappen sind insbesondere für Kinder mit angeborenen Herzfehlern eine unbefriedigende Lösung. Defekte Herzklappen oder Blutgefäße müssen häufig operativ durch Prothesen ersetzt werden, die mit dem kindlichen Körper nicht mitwachsen können. Auch Prothesen tierischen Ursprungs – zum Beispiel vom Schwein oder vom Rind – versagen mit der Zeit und müssen ausgetauscht werden.

Die Regenerative Medizin beschäftigt sich daher damit, lebende Gewebe oder Organe im Labor auf der Basis menschlicher Zellen herzustellen. Der Weg dorthin führt über das Tissue Engineering, die Züchtung von „Ersatzteilen im Reagenzglas“. Damit sollen die defekten Zellen und Gewebe im Körper ersetzt und ihre normale Funktion wiederhergestellt werden. Im Vergleich zu den heute verwendeten künstlichen Implantaten haben ihre biologischen Pendants gewichtige Vorteile: Sie lösen keine Abwehrreaktion des Körpers aus, sie können wachsen und sich regenerieren.

Herzklappen am Computer designen

Auf dem Weg, Herzpatienten mit neuen Herzklappen zu behandeln, die aus menschlichen Zellen gewonnen werden, hat nun ein internationales Konsortium unter der Leitung von Prof. Simon P. Hoerstrup von der schweizer Universität Zürich (UZH) einen Meilenstein erreicht: Im Rahmen des durch die EU geförderten Projekts „Life Valve“, an dem auch die niederländische Technischen Universität Eindhoven und die deutsche Charité Berlin beteiligt sind, ist es erstmals gelungen, mithilfe von Computersimulationen individuell vorherzusagen, wie gut gezüchtete Herzklappen im Großtiermodell – bei Schafen – wachsen, sich regenerieren und funktionieren. „Dank den Simulationen können wir das Design und die Zusammensetzung der regenerativen Herzklappen optimieren und maßgeschneiderte Implantate für die Therapie entwickeln“, sagt Hoerstrup vom Institut für Regenerative Medizin der UZH.

Wichtiger Schritt hin zur klinischen Anwendung

Insbesondere lassen sich die Veränderungen in der Struktur der Herzklappe, die im Körper während des dynamischen Regenerationsprozesses auftreten, durch die Computersimulation vorhersagen und im Design entsprechend antizipieren. Die Resultate stellen einen wichtigen Schritt dar, um die in Zürich entwickelten Tissue Engineering-Technologie zukünftig routinemäßig anzuwenden. Darüber hinaus liefert die Arbeit einen grundlegenden konzeptionellen Beitrag, um Bioengineering-Technologien in der Regenerativen Medizin erfolgreich in die klinische Anwendung zu überführen.

www.media.uzh.ch/de/medienmitteilungen/2018/Regenerative-Herzklappen.html

http://stm.sciencemag.org/content/10/440/eaan4587

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