Serienproduktion von Herzklappen
Bislang verlängern Herzklappenprothesen zwar das Überleben und verbessern die Lebensqualität, allerdings kommt es bei 30 bis 35 % der Patienten spätestens 10 Jahre nach der Operation zu schwerwiegenden, mitunter lebenslangen Komplikationen, sodass erneut operiert werden muss. Bei der künstlichen Erzeugung von Herzmuskelgewebe zielt man zunehmend auf In-situ-Ansätze ab, bei denen das implantierte Biomaterial eine Regeneration direkt an der geschädigten Stelle induziert. Das Prinzip dabei ist, dass eine Entzündungsreaktion die Regeneration von Gewebe fördern kann. Das implantierte Biomaterial erzeugt eine geeignete Mikroumgebung, in der Immun-, Stamm-/Vorläufer- und Gewebezellen gut zusammenarbeiten. Dadurch wird es langsam in eine Struktur resorbiert, die Regeneration, Remodelling und Wachstum fördert. Da Herzmuskelgewebe sehr komplex aufgebaut ist, besteht die medizinische Herausforderung darin, biologisches Material mit immunmodulatorischen Eigenschaften für die kontrollierte Gewebeneubildung herzustellen. Diesem Problem widmete sich nun das EU-finanzierte Projekt IMAVALVE, indem intelligente Materialien für neue synthetische Herzklappen entwickelt werden sollten. Die neue Herzklappe wird über einen minimalinvasiven Transkatheter eingesetzt, sodass eine Operation am offenen Herzen entfällt. „Wir suchten nach einem Biomaterial, aus dem im Körper nach und nach ein lebendes langlebiges Aortenherz wachsen kann“, erklärt Projektmanager Laurens Schrijnemakers. Neue intelligente Materialien Im Rahmen des Projekts entwickelten und charakterisierten die Forscher verschiedenste Polymere und hydratisierte Gelpräparate mit dem Ziel, ein relativ langsam abbaubares Elastomer mit einem schnell abbaubaren bioaktiven Hydrogel zu kombinieren. Das Elastomer ist dabei für eine lange Funktionsfähigkeit der Herzklappe und die Gewebereifung zuständig, das Hydrogelmaterial hingegen steuert den anfänglichen Entzündungsprozess. Beide Materialien zeichnen sich in mehreren Aspekten aus: sie sind biokompatibel und können hinsichtlich Elastizität, Steifigkeit und Festigkeit spezifisch angepasst werden. Intensiv wurde auch zu den mechanistischen Reaktionen des menschlichen Wirts auf das Biomaterial geforscht, insbesondere zur Wirkung spezifischer bioaktiver Moleküle auf die Wirtsreaktion und die erste Bildung von neuem Gewebe. So sollen spezielle Peptide patienteneigene Makrophagen rekrutieren und zur Bildung von Gewebe anregen. Weiterhin integrierte das Konsortium Daten zu zellulären kardiovaskulären Signalwegen, die bei mechanischen Prozessen aktiviert werden, in ein Computermodell, um Wachstum und Umbauprozesse an der Herzklappe abzuschätzen. An dem Modell zeigte sich, dass mechanische Belastung das Wachstum der Herzklappe und altersabhängige Umbauprozesse wesentlich beeinflusst. Computersimulationen der künstlichen Herzklappen lieferten auch Prognosen zur In-vivo-Leistung der Klappenimplantate. Effizienteres Einsetzen von Herzklappen Mit einem im Projekt entwickelten Kathetersystem für das Einsetzen von Herzklappen wurde eine In-vivo-Machbarkeitsstudie durchgeführt, in der die intraoperative Effizienz und die Implantation beurteilt wurden. Bevor klinische Studien stattfinden können, so schätzt Dr. Schrijnemakers, „stehen für das Konsortium aber noch eine ganze Reihe von In-vitro- und präklinischen Studien an, um die Sicherheit und Haltbarkeit der Klappe unter vielfältigsten Bedingungen zu bestätigen.“ Da der Austausch von Herzklappen mit mehr als 300.000 Operationen pro Jahr weltweit ein relativ häufiger Eingriff ist, könnte die Technologie von IMAVALVE eine hervorragende Alternative zu bisherigen Ansätzen sein. Da sie mitwachsen und sich den funktionellen Anforderungen an das Herz anpassen können, sind sie herkömmlichen Prothesen überlegen und könnten künftig auch für junge Patienten in Frage kommen. Ein Vorteil ist vor allem, dass durch die einfachere Implantation Operationen entfallen, was die Lebensqualität der Patienten verbessert und Behandlungskosten senkt.
Schlüsselbegriffe
IMAVALVE, Herzklappe, Biomaterial, Tissue Engineering, Polymer
