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„Es muss eine absolut zuverlässige Funktion über lange Zeit gewährleistet sein“

Projekt Kunstherz: „Es muss eine absolut zuverlässige Funktion über lange Zeit gewährleistet sein“

08.08.2012

Foto: Ulrich Steinseifer

Professor Ulrich Steinseifer; © RWTH Aachen

Es ist der Traum derer, die auf der Warteliste für ein Spenderherz stehen: Ein Kunstherz, das sofort bei Bedarf implantiert werden kann und so leben rettet. ReinHeart ist der Name des Kunstherzsystems, das derzeit am Institut für Angewandte Medizintechnik der RWTH Aachen (AME) entwickelt wird.

MEDICA.de sprach mit Professor Ulrich Steinseifer darüber, wie weit das Projekt derzeit gediehen ist und worauf die Patienten hoffen dürfen.


MEDICA.de: Spenderherzen kommen, wie der Name bereits impliziert, von menschlichen Spendern. Herr Professor Steinseifer, Sie wollen ein künstliches Herz entwickeln, das die Funktion des menschlichen Herzens ersetzen kann. Was sind die technischen Besonderheiten, die sich Ihnen stellen?

Ulrich Steinseifer: Bei der Entwicklung eines Kunstherzen muss man mehrere Dinge beachten. Zum einen muss eine absolut zuverlässige Funktion über lange Zeit gewährleistet sein. Unser natürliches Herz macht in Ruhe etwa 40 Millionen Schläge im Jahr. Wir bauen unser Kunstherz so, dass es mindestens fünf Jahre läuft, das heißt, es muss circa 200 Millionen Zyklen sicher und garantiert absolvieren können. Technisch sprechen wir von einer Dauerfestigkeit.

Die zweite Anforderung ist die sogenannte Biokompatibilität. Das Kunstherz muss sich in jeder Hinsicht mit dem Körper vertragen. Das gilt vor allen Dingen in Bezug auf unser Blut. Denn Blut hat einige Besonderheiten – wenn es stagniert, verklumpt und gerinnt es zum Beispiel schnell. Dann entsteht ein Thrombus, der abgeschwemmt werden könnte und etwa einen Schlaganfall oder Ähnliches bewirkt – das darf nicht passieren. Aber wenn man das Blut zu heftig pumpt, damit es stetig fließt, zerstört man die roten Blutkörperchen. Dann spricht man von Hämolyse. Die roten Blutkörperchen werden kaputtgemacht und der Patient entwickelt eine Blutarmut, wodurch der Sauerstofftransport ist nicht mehr gewährleistet ist.

Wichtig ist also, dass immer die optimalen Strömungsgeschwindigkeiten erreicht werden. Biokompatibilität umfasst aber auch die Oberflächen, denn Blut mag keine Fremdoberflächen. Wenn Blut eine Fremdoberfläche berührt, dann gerinnt es. Das heißt, wir müssen biokompatible Materialien verwenden oder an den Oberflächen einsetzen. Es gibt dabei verschiedene Möglichkeiten. In unserem Fall benutzen wir ein ganz spezielles biokompatibles Polyurethan, das sehr gut blutverträglich ist. In Verbindung mit Antikoagulantien, welche die Patienten einnehmen müssen, und einer Strömungsoptimierung können wir die Blutgerinnung unterbinden.

 
 
Foto: Kunstherz liegt auf der Hand eines Mannes

Pumpeinheit des ReinHeart. Der Name ReinHeart ist von Reiner Körfer abgeleitet, einem Förderer des Projekts; © RWTH Aachen

MEDICA.de: Wie reagiert das Kunstherz auf verschiedene Körperzustände? Dürfen die Patienten zum Beispiel leichten Sport treiben?

Steinseifer: Das ist eine schwierige Frage. Ein gesundes Herz kann verschiedene Frequenzen fahren. Der Durchschnittsbürger hat 70 Schläge pro Minute in Ruhe –wenn wir uns anstrengen, werden es mehr. Der Durchschnittsbürger pumpt außerdem pro Minute etwa fünf Liter durch seinen Körper, Extremsportler wie Radfahrer können bis zu 40 Liter pro Minute pumpen. Bei einem Kunstherzpatienten gehen wir davon aus, dass er keinen Marathon mehr laufen wird. Deshalb haben wir das Herz so ausgelegt, dass es circa sechs bis sieben Liter pumpen kann. Dann ist die Herzfrequenz natürlich etwas höher.

Allerdings weiß das organische Herz, dass es, wenn wir mehr laufen, mehr leisten muss. Das Kunstherz weiß dies nicht – es ist softwaregesteuert und weiß nur, dass es mit 70 Schlägen pro Minute laufen soll. Das anzupassen ist der schwierigste Punkt überhaupt. Daran arbeiten wir. Wir haben entsprechende Prüfstände, an denen wir solche Situation nachstellen können. Es werden entsprechende Sensoren integriert, die merken, dass ein höherer Bedarf vorhanden ist. Beispielsweise messen wir den Blutdruck, und wenn er sinkt, wissen wir, es wird nicht genug gepumpt: Die Gefäße haben sich geweitet, weil der Patient gerade etwas unternimmt. Damit der Druck stabil bleibt, muss das Kunstherz hochfahren. Das automatisiert zu steuern, ist sehr schwer. Bislang ist es deshalb so, dass bei Kunstherzen die Frequenz manuell per Knopf eingestellt wird.

MEDICA.de: Wie regeln Sie die Energieversorgung für das Kunstherz?

Steinseifer: Unser Kunstherz hat einen Elektromotor als Antrieb, der mit Strom gespeist wird. Das heißt, wir müssen Strom in den Körper leiten können. Bei anderen Systemen geht das oftmals noch über normale Leitungen, was jedoch einen Durchtritt durch die Haut bedeutet. Dabei besteht wiederum Infektionsgefahr. Wir arbeiten deshalb an einem TET-System, das steht für Transcutaneous Energy Transmission, also eine transkutane Energieübertragung. Wir verwenden zwei Spulen, über die wir induktiv Energie übertragen. Eine Spule ist implantiert und mit dem Kunstherz verbunden, die andere wird von außen auf die Haut gelegt und sendet Energie. Die Spulen müssen allerdings beständig aufliegen. Der Wirkungsgrad der Energieaufladung hängt davon ab, wie exakt die Spulen ausgerichtet sind – das ist aufgrund der Bewegung unseres Körpers manchmal nicht so einfach. Natürlich bauen wir zur Sicherheit eine Pufferbatterie ein, denn es wäre fatal, wenn die Spule nur kurz verrutscht. Dann wäre das Kunstherz aus, weil die Batterie fehlt. Die Pufferbatterie kann deshalb für eine halbe oder knappe ganze Stunde die Energieversorgung des Kunstherzens übernehmen. Die äußere Spule selbst ist angeschlossen an Akkupacks, die der Patient in einer Gürtel- oder Westentasche trägt.

 
 
Foto: Grafische Darstellung des Kunstherzens im Körper

Aachener Kunstherz: 1 - Pumpeinheit, Volumenkompensator, 3 - Induktive Energieübertragung, 4 - Interne Energieversorgung und Controller, 5 - externer Controller, 6 - externe Energieversorgung; © RWTH Aachen

MEDICA.de: Weshalb kann man das Kunstherz nicht direkt für bis zu 24 Stunden aufladen?

Steinseifer: Das hängt von der Größe der Pufferbatterie ab und leider sind wir mit der Größe im menschlichen Brustkorb deutlich beschränkt. Wir müssen ein Optimum finden, zwischen dem, was wir dem Körper noch zutrauen können, und welche Technik wir in diese Größe packen können. Aber natürlich wäre es schön, wenn sich die Batterietechnik dahin entwickelt, dass sie noch kleiner und leistungsfähiger wird. Vielleicht können wir dann in einigen Jahren ein System entwickeln, das stundenweise ganz allein läuft.

MEDICA.de: Wo stehen Sie derzeit im Projekt?

Steinseifer: Wir sind derzeit im Entwicklungsstadium. Wenn alles gut geht, wird die erste Humanimplantation Ende 2014, Anfang 2015 passieren. Bislang befinden wir uns im Stadium von Tierversuchen. Wir haben sieben akute Tierversuche mit Kälbern durchgeführt. Akut bedeutet, dass wir das Kunstherz nur für wenige Stunden im Tierkörper laufen lassen. Wir versuchen zum Beispiel bestimmte Kreislaufzustände nachzustellen, um zu schauen, wie das Kunstherz darauf reagiert. Der nächste Schritt werden chronische Versuche sein. So hoffen wir in einigen Jahren ein Kunstherz entwickelt zu haben, das den Mangel an natürlichen Spenderherzen ausgleichen kann.

Das Interview führte Simone Ernst.

MEDICA.de

 
 

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