Entnommen aus dem Artikel: Herzersatz der Zukunft – vom Schwein oder aus dem 3D-Drucker? von Prof. Dr. med. Jan Gummert (https://herzstiftung.de/ihre-herzgesundheit/das-herz/herzersatz-zukunft)
Die Warteliste für ein neues Spenderherz ist lang. Geforscht wird daher an Alternativen wie Kunst- oder Schweineherzen. So ist der aktuelle Stand.
Der Stand der Transplantationsmedizin
Die Herztransplantation ist der Goldstandard zur Behandlung der Herzschwäche im Endstadium. Jedes Jahr bekommen rund 300 Menschen in Deutschland ein neues Herz eingepflanzt, viele mehr stehen auf der Warteliste. Die Ergebnisse nach einer Transplantation haben sich seit der ersten Transplantation durch Barnard am 3. Dezember 1967 stetig verbessert.
Heute arbeiten von 100 eingepflanzten Spenderherzen nach einem Jahr noch etwa 80, nach fünf Jahren noch 70 Herzen und nach zehn Jahren noch 60. Die durchschnittliche Lebenserwartung nach einer solchen Operation beträgt 10 Jahre. Doch der Bedarf an Spenderherzen wächst. So haben im Jahr 2021 insgesamt 339 Menschen in Deutschland ein neues Herz eingepflanzt bekommen, mehr als doppelt so viele weitere Patientinnen und Patienten standen am Jahresende noch auf der Warteliste.
Fortgeschrittenes Herzversagen infolge von Herzerkrankungen wie Durchblutungsstörungen oder Entzündungen (terminale Herzinsuffizienz) ist der häufigste Grund, dass eine Herztransplantation für einen Patienten in Betracht gezogen wird. Gerade für Patienten mit koronarer Herzerkrankung und Herzinfarkten oder mit langjährigem Bluthochdruck besteht diese Gefahr – insbesondere dann, wenn es zu Komplikationen kommt, weil die Erkrankung erst zu spät oder unzureichend behandelt wurde.
Auch angeborene Herzfehler oder eine Herzmuskelentzündung können das Herz so schwer schädigen, dass es nicht mehr ausreichend arbeiten kann. Mechanische Unterstützungssysteme können dann für eine Weile die Arbeit übernehmen. Schon lange suchen Forscher daher nach alternativen Möglichkeiten, ein irreparabel geschädigtes Herz durch ein neues System komplett zu ersetzen. Zwei mögliche Wege zeichnen sich hier für die Zukunft ab: Kunstherzen oder biologische Herzen vom Schwein.
„Auch mit der ersten Transplantation eines genetisch veränderten Schweineherzen in einen Menschen bleibt gegenwärtig – und bis auf Weiteres – die menschliche Organspende der Goldstandard“, so die Einschätzung des Herzchirurgen und Transplantationsmediziners Prof. Dr. med. Jan Gummert vom Vorstand der Deutschen Herzstiftung und Vizepräsident der Deutschen Gesellschaft für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie (DGTHG). „Ein menschliches Spenderherz kann länger als 20 Jahre funktionieren. Die mechanische Herzunterstützung zeigt ebenfalls bereits seit Jahren guten Ergebnisse für Patienten mit schwerer Herzinsuffizienz. Bei der Transplantation von Schweineherzen müssen hingegen noch wesentliche Schwierigkeiten geklärt werden. Die die Haltbarkeit ist ebenfalls noch völlig unklar.“
Künstliche Herzen als Dauerlösung?
Die derzeit am häufigsten praktizierte Alternativ-Lösung zur Transplantation ist für schwer herzkranke Menschen die Versorgung mit einen Herzkammerunterstützungssystem (VAD; Ventricular Assist Device). Bei bis zu 1000 Patienten pro Jahr wird in Deutschland ein solches Pumpsystem neu eingesetzt. Diese „Teil-Kunstherzen“, die ursprünglich eigentlich nur als Übergangslösung bis zur Transplantation gedacht waren, werden inzwischen häufig zur Dauerlösung. Die ersten dieser Systeme, die 1992 erstmals auch in Deutschland implantiert wurden, hatten noch außenliegende Pumpenanteile. Das Antriebssystem war zudem groß und recht laut. Die Lebensqualität der Patienten war dementsprechend eingeschränkt. Oft war damit auch ein Daueraufenthalt im Krankenhaus verbunden.
Da bei vielen Patienten (70 %) nur der linke Herzteil Unterstützung benötigt, wurden dann vor allem spezielle Linksherzunterstützungssysteme (LVAD) entwickelt, bei denen ein einziges Kabel (Driveline) von der Pumpe nach außen führt. Die Pumpe fördert Blut aus der linken Herzkammer über einen kurzen Schlauch in die Hauptschlagader.
Anfangs waren auch hier die Pumpsysteme mit einem Gewicht von einem Kilo noch schwer und recht groß, die Operation aufwendig. Inzwischen sind die LVAD wesentlich kleiner und weniger verschleißanfällig. Alle Pumpen benötigen allerdings noch das außenliegende Kabel für die externen Steuer-, Akku- und Kontrollsysteme. Diese passen heute jedoch relativ komfortabel in Gürteltaschen oder eine Schultertasche. Das Ziel eines komplett implantierbaren Linksherzsystems wurde noch nicht erreicht. Das hätte den Vorteil, dass Infektionen entlang der Driveline, die in den Körper führt, – eine typische Komplikation – vermieden werden könnten.
Im Vergleich zu LVAD werden reine Rechtsherzunterstützungssysteme (RVAD) nur selten implantiert, noch seltener ist eine Unterstützung beider Kammern (BiVAD), bei denen jeweils eine Pumpe an beiden Seiten des Herzens den gesamten Körper- und Lungenkreislauf unterstützt. Ein totales Kunstherz (TAH; Total Artificial Heart), bei dem das Herz des Patienten komplett entnommen wird und zwei mechanische Pumpen die Funktion beider Herzkammern und aller vier Herzklappen übernehmen, ist noch eine Ausnahme. Eine solche TAH-Implantation kommt vor allem nach dem Versagen einer Herztransplantation, bei einem sehr ausgeprägten Herzinfarkt und einem Herztumor in Frage, wenn Patienten unmittelbar vom Tod bedroht sind.
Ersatzherz vom Schwein – eine Alternative?
Am Ersatz menschlicher Herzen durch ein tierisches Organ – einer sogenannten Xenotransplantation – wird bereits ebenfalls seit langem geforscht. Bislang sind jedoch die Abstoßungsreaktionen ein nur schwer zu überwindendes Hindernis.
Der Einsatz von Herzklappen von Schweinen ist allerdings kein Problem, da es sich hier um nicht lebendiges Gewebe handelt und daher keine Abstoßungsreaktion auftritt.
Ein erster menschlicher Versuch erfolgte bei einer hirntoten Patientin im Jahr 2021. US-Forscher aus New York hatten hierbei eine Niere aus gentechnisch veränderten Schweinen der als hirntot erklärten Frau verpflanzt, die noch mit Beatmungsgeräten versorgt wurde. Die Niere funktionierte während der Beobachtungszeit von 54 Stunden normal ohne immunologische Gegenreaktion.
Im Januar 2022 wurde dann eine “Sensation“ verkündet: Einem Team von US-Chirurgen des Medical Center der Universität Maryland in Baltimore war es gelungen, einem 57-jährigen Mann ein gentechnisch verändertes Schweineherz einzusetzen. Der Patient, der an einer schweren Herzinsuffizienz litt und Herzrhythmusstörungen hatte, hatte nach Angaben der Ärzte keine andere Alternative und hätte sonst innerhalb kurzer Zeit sterben müssen.
Herzen aus dem 3-D-Drucker?
Noch in den Kinderschuhen steckt die Herstellung von „natürlichen“ Herzen aus dem 3D-Drucker. 2019 haben israelische Forscher von der Universität Tel Aviv immerhin erstmals ein vollständiges Herz mittels 3D-Druck erzeugt. Ihr „Kunstherz“ in Kleinformat bestand dabei aus menschlichem Gewebe, hatte Blutgefäße und Klappen versorgt, war aber nicht fähig, zu pumpen. Die dazu nötige „Biotinte“ hatten die Forscher aus dem Fettgewebe eines Patienten gewonnen. Die Zellen wurden zum einen zu einem personalisierten thermoresponsiven Hydrogel verarbeitet wurden. Zum anderen wurden die Zellen reprogrammiert, so dass sie zu Herzmuskelzellen und Endothelzellen werden konnten. US-Forscher haben inzwischen sogar ein 3D-biogedrucktes Modell des menschlichen Herzens in Originalgröße erstellt. Doch kein solches Herz ist bislang funktionsfähig.
Diese Art der Gewebezüchtung, Tissue Engineering bezeichnet, hat 2021 im Übrigen auch einen kleinen Durchbruch in der Gefäßchirurgie erlangt. Hierbei haben Kieler Forscher um den Gefäßchirurgen Dr. Rouven Berndt einen neuartigen 3D-Biodrucker entwickelt, um feine Blutgefäße für Bypass-Implantate aus Braunalgen herzustellen. Unterstützt wurde die Arbeit durch die Dr. Rusche-Projektförderung der Deutschen Stiftung für Herzforschung. Wissenschaftlern am Universitätsklinikum Erlangen ist es im vergangenen Jahr nun sogar gelungen, einen kontrahierenden Ring aus Herzmuskelzellen zu drucken, die aus menschlichen Stammzellen stammten. Einen anderen kardiologischen Einsatz von 3D-Drucken verfolgten Ärzte am Universitätsklinikum der Ruhr-Universität Bochum in einer Testreihe. Dort wurden in Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Institut Teile des Herzens von Patienten in einem 3D-Drucker in Silikon nachmodelliert, so dass daran die ideale Position für eine neue Herzklappe gefunden werden konnte.
Der Artikel wurde von mir etwas verkürzt. Den kompletten Artikel könnt ihr unter den angegebenen Quelle oder über folgenden Link erreichen, um euch noch intensiver zu informieren: https://herzstiftung.de/ihre-herzgesundheit/das-herz/herzersatz-zukunft
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Unter Telemonitoring versteht man die Fernuntersuchung, -diagnose und -überwachung des Patienten von seinem behandelnden Arzt. Der Patient kann dabei sein normales Leben weiterführen. (Wikipedia: https://de.wikipedia.org/wiki/Telemonitoring)
…und fühlt sich trotzdem beobachtet und sicher !
Das verprechen uns die neuesten Errungenschaften der Medizin-Technik. Seien es Defibrilatoren oder Insulin-Mess-Chips. Das Telemonitoring wird in immer mehr Bereichen erfolgreich eingesetzt und davon profitieren gerade chronisch Kranke enorm.
Durch die permanente Übermittlung aller wichtigen Daten des Patienten entfallen engmaschige Kontrollen und der damit verbundene Zeitaufwand. Der Arzt oder das Institut kann denoch zeitnah auf gefährliche Änderungen des Gesundheitszustandes reagieren.
Aber auch der Patient hat die Möglichkeit mehr über sich und seinen Zustand zu erfahren. Denn viele Systeme können mithilfe von passenden Apps für Smartphones und andere Mobilgeräte angesprochen werden und zeigen die Daten dann verständlich aufbereitet und schreiben sie chronologisch mit.
Auf die Apps haben nach meinem momentan Wissenstand nur die behandelnden Ärzte Zugriff. Außerdem werden die Daten auch nur übertragen, wenn Sie von der Klinik abgefragt werden. Allerdings werden Sie täglich vom Monitoring-Transmitter erfasst und gespeichert.
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Die deutsche Herzstiftung hat ein interessantes PDF veröffentlicht, indem man sich über verschiedene Implantationstechniken von LVAD-Systemen informieren kann. Ich finde das sehr interessant, weil es einem natürlich noch wesentlich mehr Einblick in die anstehende oder vergangene Operation gewährt.
Wir alle müssen Sie dokumentieren und bei jeder Kontrolle werden Sie abgefragt. Aber was bedeuten überhaupt die Werte, die uns der LVAD auf seinem Display anzeigt und wie werden Sie eigentlich berechnet?
Der erste Wert mit 2500 RPM gibt an, wieviel Umdrehungen die Pumpe die pro Minute macht. Die Angabe wird in Rounds per Minute – RPM – angegeben. Das ist quasi die Drehzahl des Motors. Dieser Wert bleibt immer konstant, außer die Pumpe befindet sich im Spülvorgang, dann sieht man deutlich, wie die Drehzahl kurz hoch geht und dann wieder auf den eingestellten Wert wechselt.
3,5 Watt gibt den Stromverbrauch an. Dieser schwankt immer ein wenig je nachdem, wieviel Kraft die Pumpe braucht, um das Blut zu pumpen. Hier spielen natürlic Viskosität und Beschaffenheit des Blutes mit rein. Sollte dieser Wert stark schwanken, sollte man Rücksprache mit der behandelnden Klinik halten. Sollte sich dieser Wert mal außerhalb der Norm bewegen sind im LVAD auch Grenzwerte gespeichert, bei denen er automatisch Alarm gibt.
Nun zum letzten und vielleicht verwirrensten Wert auf dem Display – 5,0 L/min – dieser gibt die Menge an Blut an, das die Pumpe innerhalb einer Minute pumpt. Auch hier sind im LVAD Grenzwerte gespeichert, bei denen ein Alarm ausgelöst wird, sollten diese über- oder unterschritten werden. Das ist dann der sog. Low-Flow / High-Flow-Alarm.
Hierbei handelt es sich aber nicht um einen exakten Wert, sondern:
„Die Flussrate, die am Monitor abzulesen ist, wird aus der Umdrehungszahl, dem Energieverbrauch und der Viskosität des Blutes, gemessen am Hämatokritwert des Patienten, ermittelt. Es handelt sich dabei nur um einen Trend, nicht aber um einen präzisen Wert, sodass hierbei vor allem Abweichungen von den sonst erhobenen Werten aufmerksam machen sollten.“
Meiner Erfahrung nach ist es nämlich sehr wichtig den Hämatokritwert des Blutes immer wieder anzupassen, um lästigen Low-Flow-Alarmen aus dem Weg zu gehen, da ich diese gerade am Anfang meiner Zeit als VADianer oft hatte, zum Glück ohne Komplikationen.
Wenn Sie noch mehr Daten Ihres LVAD und auch der Akkus erfahren möchten, sollten Sie mal den rechten Knopf mit dem Pfeil für 3 Sekunden gedrückt halten. Daraufhin wechselt das Display zum nächsten Screen. Mit einem kurzen Druck auf den Pfeil nach unten, kann man so auch alle weitern Screens durchgehen, bis man wieder auf dem „Startbildschirm“ ist.
Hier erfahren Sie beispielsweise die Batteriezyklen der angeschlossenen Akkus. Alle festgelegten Alarmgrenzen, den eingestellten Hämatokrit, Einstellungen für Ansaugreaktion und Spülzyklus, das Implantationsdatum, das Datum der Steuereinheit, die VAD-ID, ihre Patienten-ID bei Heartware und die Infos über das Betriebssystem.
Diese Werte sind eigentlich nur für den VAD-Koordinator gedacht, aber auch Sie sollten darüber bescheid wissen, sollte man mal in einer anderen Klinik sein oder z.B. in einer Reha-Einrichtung.
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Heute bin ich beim Trocken-Surfen im Internet (Schwimmen ist ja nicht mehr) auf eine Perle der amerikanischen Videokunst gestoßen.
Dieses wunderschöne Werbevideo von HeartWare® – was zwar übertrieben kitschig ist und irgendwie nach Homeshopping 24 ausschaut, aber dennoch wertvolle Informationen über Alarme, Umgang und Bedienung unseres besten Freundes zeigt.
Besonders zu empfehlen ist das Video ab 07:52 – hier werden genaue Instruktionen zum Controller-Wechsel gegeben.
Das Video gibt es leider nur auf Englisch, aber ich werde mich in nächster Zeit mal nach einer deutschen Version erkundigen bzw. einfach selbst eine drehen.
Das Video wurde erstellt und verbreitet von mylvad.com (https://www.mylvad.com/de/content/mylvad-videos-heartware%C2%AE-patient-training-video) – der Ersteller des Videos ist für dessen Inhalt verantwortlich.
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Unverkennbar – was da schlägt, sieht aus wie ein echtes Herz. Und dies ist auch das Ziel des ersten weichen Kunstherzens: möglichst nah am natürlichen Vorbild zu sein. Entwickelt hat dieses Silikonherz Nicholas Cohrs. Er ist Doktorand in der Gruppe von Wendelin Stark, Professor für Funktionelles Material-Engineering an der ETH Zürich. Der Grund, warum die Natur hier Vorbild sein sollte, ist einleuchtend: Heute existierende Kunstherzen haben viele Nachteile. Die Mechanik ist anfällig auf Störungen. Zudem kommen die derzeitig verwendeten Kunstherzen ohne Puls aus, wobei noch unklar ist, welche Folgen dies für den Körper haben könnte. «Ziel muss also sein, ein Herz zu entwickeln, das ungefähr die gleiche Grösse hat, wie das eines Patienten und welches das menschliche Herz in Form und Funktion so gut wie möglich imitiert», so Cohrs.
Ein gut funktionierendes Kunstherz zu haben, wäre indes mehr als nötig: Rund 26 Millionen Menschen weltweit leben mit einer Herzinsuffizienz und Spenderherzen sind Mangelware. Mit mechanischen Kunstherzen und Herzunterstützungssystemen werden die Wartezeiten von schwerkranken Patientinnen und Patienten überbrückt, bis sie ein Spenderherz erhalten oder das Herz sich von selber wieder erholt.
Das weiche Kunstherz wurde mittels 3D-Drucker aus Silikon hergestellt, wiegt 390 Gramm und hat ein Volumen von 679 cm3. «Es handelt sich um einen Silikon-Monoblock, der ein kompliziertes Innenleben hat», erläutert Cohrs. Wie ein echtes Menschenherz besteht auch dieses Kunstherz aus einer rechten und einer linken Herzhälfte. Anders als beim menschlichen Herzen werden diese aber nicht durch eine Scheidewand sondern durch eine zusätzliche Kammer getrennt. Diese wird durch Luftdruck bewegt und ist nötig, um die Flüssigkeit aus den Blutkammern zu pumpen und ersetzt so die Muskelkontraktion des menschlichen Herzens.
In eine neue Richtung denken
Ob dieses Kunstherz auch funktioniert, hat Anastasios Petrou getestet. Er ist Doktorand bei der Professur für Produktentwicklung und Konstruktion von ETH-Professor Mirko Meboldt. Die Resultate des Versuchs publizierten die jungen Forscher soeben im Fachmagazin «Artifical Organs».
Die Forscher konnten beweisen, dass das weiche Kunstherz grundsätzlich funktioniert und sich sehr ähnlich bewegt wie das menschliche Pendant. Ein Problem hat das künstliche Herz aber: Bis jetzt steht es nur rund 3000 Schläge durch, was einer Laufdauer von etwa einer halben bis einer dreiviertel Stunde entspricht. Danach hielt das Material der Belastung nicht mehr Stand. Cohrs erklärt: «Es handelt sich bei diesem Versuch klar um einen Machbarkeitstest. Unser Ziel war nicht, ein implantierbares Herz vorzustellen, sondern bei der Entwicklung von künstlichen Herzen in eine neue Richtung zu denken.» Natürlich müssten noch die Reissfestigkeit des Materials und die Leistung entscheidend erhöht werden.
Zurich Heart bringt Forschende zusammen
Kennengelernt haben sich Cohrs und Petrou im Rahmen des Zurich Heart, einem Flagship Projekt der Hochschulmedizin Zürich. Dieses Projekt bringt Forschende aus rund 20 Forschungsgruppen aus verschiedenen Fachgebieten und Institutionen zusammen. Während die einen an Verbesserungen für Herzpumpen arbeiten, wie zum Beispiel die Blutschädigung durch die mechanische Einwirkung der Pumpe reduziert werden kann, erforschen die andern extrem elastische Membranen oder biologisch besonders verträgliche Oberflächen. Dies geschieht in sehr engem Austausch mit den Klinikern in Zürich und Berlin.
Der rege Austausch unter den Forschenden kam auch diesem Teilprojekt des Zurich Heart zu Gute. Die Maschinenbauingenieure der ETH Zürich, welche die Herzpumpen verbessern, haben ein Modul entwickelt, mit dem sie den menschlichen Herzkreislauf nahezu perfekt simulieren können. Für ihre Tests schlossen die Forscher das Silikonherz an dieses System, in dem eine Flüssigkeit mit vergleichbarer Viskosität wie Blut zirkuliert, an. «Vermutlich ist unser System momentan eines der Besten der Welt», sagt Petrou nicht ohne Stolz.
Am Herzen zu forschen, ist eine reizvolle Aufgabe. Cohrs und Petrou möchten diesem Forschungsgebiet jedenfalls treu bleiben. «Ich hätte nie gedacht, dass ich als Maschinenbauer je ein weiches Herz in Händen halte. Nun bin ich so fasziniert von dieser Forschung, dass ich gerne an der Entwicklung von Kunstherzen weiterarbeiten möchte», sagt Petrou.
Literaturhinweis
Cohrs NC, Petrou A, Loepfe M, Yliruka M, Schumacher CM, Kohll AX, Starck CT, Schmid Daners M, Meboldt M, Falk V, Stark WJ. A soft Total Artificial Heart – First Concept Evaluation on a Hybrid Mock Circulation. Artificial Organs. doi: 10.1111/aor.12956.
Hallo, mein Name ist Alexander Strube und ich bin seit Ende 2013 Träger eines LVAD Systems, welches mir im Universitätsklinikum Frankfurt a. M. eingesetzt wurde. Seitdem stehe ich als Wartender auf der HTX-Liste und versuche in der Zwischenzeit Leuten, die einen ähnlichen Leidensweg durchlebt haben mit Rat und Tat zur Seite zu stehen. Also zögert nicht mich anzuschreiben.
Hallo, mein Name ist Alexander Strube und ich bin seit Ende 2013 Träger eines LVAD Systems, welches mir im Universitätsklinikum Frankfurt a. M. eingesetzt wurde. Seitdem stehe ich als Wartender auf der HTX-Liste und versuche in der Zwischenzeit Leuten, die einen ähnlichen Leidensweg durchlebt haben mit Rat und Tat zur Seite zu stehen. Also zögert nicht mich anzuschreiben.