Herzerkrankungen schränken die Lebensqualität von Kindern stark ein
Gerne würde der kleine Tobi mit seinen Freunden auf den Spielplatz gehen, klettern, laufen, springen. Doch seine Mutter hat zu viel Angst. Tobi ist herzkrank. Derzeit sind an die 50 verschiedene angeborene Herzfehler bekannt. So kann es sein, dass das Herz eines Kindes seine Funktion als Pumpe nicht optimal erfüllt. Eine sogenannte AV-Blockierung verhindert die Überleitung des Reizes vom körpereigenen Schrittmacher, dem Sinusknoten, auf die Herzkammer und sorgt für die Verminderung der Herzleistung.
Die Folgen können lebensbedrohlich sein: Herzrhythmusstörungen mit Symptomen wie Herzrasen, Herzstolpern, Schwindel oder plötzliche Bewusstlosigkeit. Das Rumtoben auf dem Spielplatz muss ausfallen.
Die Implantation eines Herzschrittmachers ist für kleine Kinder eine enorme Belastung
In der Medizin liegt die Lösung auf der Hand: Jährlich werden in Deutschland etwa 110.000 herkömmliche Herzschrittmacher bei Kindern und Erwachsenen implantiert. Die im Vorhof platzierte Sonde sorgt für eine konstante Stimulierung der Herzkammer durch elektrische Impulse. Für erwachsene Patienten ist das oftmals ein lebensrettender Eingriff. Nachfolgebehandlungen wie ein regelmäßiger Geräteaustausch zum Batteriewechsel oder das Risiko von Infekten durch die Elektroden wiegen da meist weniger schwer.
Anders bei kleinen Kindern. Die Implantation eines Herzschrittmachers ist ungleich komplizierter, weil der Platz in ihrem Brustkorb sehr begrenzt ist. Die Platzierung der Elektroden ist eine große Herausforderung – und wenn die kleinen Patienten wachsen, müssen diese nicht selten neu positioniert werden. Für die Kinder ist ein Weg mit etlichen Operationen vorgezeichnet.
Der "BioPacer" aus körpereigenen Zellen soll den herkömmlichen Herzschrittmacher bei Kindern ablösen - und Sie können dabei helfen!
Für das Team um Projektleiter Prof. Dr. Stefan Jockenhövel vom Helmholtz Institut für Biomedizinische Technik der RWTH (Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule) Aachen sind körpereigene, mitwachsende biomedizinische Implantate die Lösung: "BioPacer". „Tissue Engineering“ ist die künstliche Herstellung biologischer Gewebe durch Kultivierung körpereigener Zellen. Um das mal etwas weniger medizinisch zu beschreiben: Aus dem Blut der kleinen Patienten werden Zellen entnommen, aus denen man im Labor quasi biologische Kabel herstellt, die die Impulse im Herzen weiterleiten können. Ohne AV-Block. Und da diese Leitungen aus den Zellen des Körpers bestehen (und zudem kontinuierlich einen entzündungshemmenden Wirkstoff freisetzen), sind Abstoßungsreaktionen unwahrscheinlich - und sie wachsen mit. Zudem sind keine zusätzlichen Impulse nötig, es entfallen also der Einsatz eines herkömmlichen Herzschrittmachers sowie der regelmäßige Batteriewechsel.
Die bisherigen Forschungsschritte haben sich als sehr erfolgreich und effektiv erwiesen. Des Weiteren zeigen auch die Versuche bei den Zellen, die das Einwachsen des BioPacers optimieren, äußerst zufriedenstellende Ergebnisse.
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Update: In der letzten Jahreshälfte haben wir an der Vorbereitung des Biopacers für die ex-vivo-Studie gearbeitet. Dazu gehörte auch die Prüfung von Parametern wie der Kultivierungszeit des Biopacers, dem Durchmesser der Konstrukte und der Zellzusammensetzung. Wir bewerteten die Wirkung wichtiger Marker für die Herzmuskelzellenreife und die elektrische Kopplung und kamen zu dem Schluss, dass eine Kultivierungszeit von 14 Tagen für die Biopacer-Proben angemessen ist.
Zudem haben wir eine wechselseitige Beziehung zwischen der Wirkung der extrazellulären Matrixproteine bei verschiedenen Zellen hergestellt. Hier ergab sich, dass die effektivste Wirkung der Marker in den Biopacer-Proben mit einem Durchmesser von 0,5 mm stattfindet. Sie wird praktisch nicht von der Formungsmethode beeinflusst. Die Zellzusammensetzung wirkt sich in besonderem Maße auf die Schlagfrequenz der Herzmuskelzellen aus.
Ausblick: Unser Ziel für die nächsten Experimente wird die Aufrechterhaltung der Signalausbreitung der Herzmuskelzellen bei gleichzeitiger Isolierung durch die teilungsaktiven Zellen sein. Diese Experimente können nun in dem neuen Streckbioreaktor durchgeführt werden, der für die Studie in die Cell Box eingesetzt werden kann. Dementsprechend planen wir demnächst die Anschaffung von Geräten für die elektrische Stimulation unserer Konstrukte. Im vergangenen Jahr haben wir Geräte von verschiedenen Firmen getestet, aber die spezielle Geometrie des Biopacers erlaubten keine effiziente elektrische Stimulation.
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