Entwicklung eines biologischen Elektrokabels für das Herz

 

Gewinner des Crowdfunding-Preis 2018

 

Hintergrund

Das menschliche Herz schlägt im Laufe seines Lebens mehr als 3 Milliarden Mal. Dieses Schlagen geschieht nicht spontan; es ist das Ergebnis des Herzschrittmachersignals, das das Herz anregt. Wenn die Überleitung vom Vorhof auf die Herzkammer teilweise oder vollständig unterbrochen wird (AV-Blockade), kommt es zu einem lebensbedrohlichen Zustand.  Auch wenn die Häufigkeit eines angeborenen AV-Blocks relativ gering ist, sind die Folgen für die kleinen Patienten und ihre Familien dramatisch. Die heutige Therapie sieht elektronische Herzschrittmacher vor. Obwohl diese Vorrichtungen eine erhebliche Verbesserung der Überlebensraten gezeigt haben, sind sie nicht ohne Lebenseinschränkungen und erfordern oft viele Operationen – insbesondere bei Kindern und Jugendlichen. Das Forschungsprojekt „BioPacer“ verfolgt den Wechsel vom technischen zum biologischen Herzschrittmacher, der mit seinem jungen Patienten wächst und so viele belastende Folgeoperationen für den Körper vermeidet.

Ziele

Das langfristige Ziel des BioPacer-Projektes ist die Herstellung eines biologischen Elektrokabels zur Behandlung von AV-Blockaden. Dieses „Kabel“ würde die Übertragung des Schrittmachersignals von den Vorhöfen zur Herzkammer ermöglichen. Im Rahmen der bisherigen Doktorarbeit konnte Hans Keijdener bereits erfolgreich ein biologisches, „leitfähiges Kabel" züchten, welches die fehlende Verbindung überbrücken kann. Da dieses „Kabel“ aus lebenden Zellen besteht, wird erwartet, dass das Konstrukt mit dem Patienten wächst und somit Wiederholungsoperationen bei den noch wachsenden Kindern zu vermeiden hilft.

Methode

Um das biologische Elektrokabel herzustellen, werden aus reprogrammierten Hautzellen Herzmuskelzellen erzeugt und zu einem fadenförmigen Kabel verbunden. In einem zweiten Schritt wird durch gezielte biomechanische und elektrophysiologische Stimulation aus dem lebendigen Kabel ein funktionelles Erregungsleitungssystem konditioniert, welches sogar eine eigene Blutgefäßversorgung ausbildet und so zum biologischen Herzschrittmacher wird.

 

Projektdaten

Projektort

Institut für Angewandte Medizintechnik der RWTH Aachen in Zusammenarbeit mit der Klinik für Kinderkardiologie der Uniklinik Aachen

Projektdauer

12 Monate

Ausblick

Die Entwicklung eines biologischen „Elektrokabels“ zur Aufhebung einer AV-Blockierung hat ein hohes Potential. Doch es gibt auch zahlreiche Hürden: Das Elektrokabel braucht ein stabiles Gerüstmaterial um die lebendigen inneren Zellen zu halten. Zugleich muss aber auch die Durchlässigkeit für die Nährstoffversorgung der Zellen gewährleistet sein. Dennoch, das Forschungsprojekt trägt für die Behandlung von Reizleitungsstörungen im Herzen, einem Krankheitsbild, das die Kinder, Jugendlichen und deren Familien sowie die behandelnden Ärzte täglich vor große Herausforderungen stellt mittelfristig zu einer Verbesserung der Behandlung von herzkranken Kindern bei.

Universitätsklinikum Aachen

Die Klinik für Kinderkardiologie bildet gemeinsam mit der Klinik für Chirurgie angeborener Herzfehler im Kindes- und Erwachsenenalter das Kinderherz-Zentrum Aachen. Die Klinik ist für die Versorgung von Neugeborenen, Kindern und Jugendlichen mit angeborenen oder erworbenen Herz- und Gefäßerkrankungen verantwortlich. Die Krankenversorgung schließt die ambulante und stationäre Betreuung dieser Patienten mit der invasiven und nicht-invasiven Diagnostik und Therapie ein. Die Vorbereitung zur Herzoperation sowie die postoperative Überwachung und Therapie inklusive internistischer und postoperativer intensivmedizinischer Versorgung sind weitere Bestandteile des Aufgabengebietes.

Kostenplan

Verbrauchsmaterial: 3.000 Euro
Herstellung von Herzmuskelzellen: 10.000 Euro
Gerüstmaterialien: 10.000 Euro
SEM- und TPLSM-Mikroskopie: 2.000 Euro
Gesamtkosten: 25.000 Euro