Künstliche Herzkammern aus lebendem Gewebe

Ein Einkammerherz kann leider noch nicht geheilt werden. Durch die sogenannte Fontan-Operation wird bei diesen Herzen die zur Verfügung stehende Herzkammer des Kinderherzens dazu eingesetzt, sauerstoffreiches Blut in den Körperkreislauf zu pumpen. Das sauerstoffarme Blut wird direkt und ohne vorgeschaltete Kammer in die Lunge geleitet. Dieses palliative Fontan-Prinzip wird seit Ende der 1960er Jahre angewendet. Mittel- und langfristig bereitet die fehlende Kammer den empfindlichen Kinderherzen jedoch große Probleme, Komplikationen sind deshalb leider keine Seltenheit. Sie wollen wir mit unserem interdisziplinären Projekt angehen und bekämpfen.

Auf Basis des Prinzips des "tissue engineering" wird eine bioartifizielle Herzkammer entwickelt. Sie besteht aus lebenden menschlichen Herzmuskelzellen und kann sich daher auch zusammenziehen. Durch die Einbringung von solchen bioartifiziellen Klappen in die Herzen kleiner Patienten wird ein gerichteter Blutstrom erzeugt. Die neue künstliche Herzkammer soll ein Teil des verbrauchten Blutes aktiv in die Lunge pumpen und so die in manchen Fällen tödlichen Komplikationen verhindern, die aus dem passiven Blutstrom des Fontan-Kreislaufs resultieren.

In Laboren in Aachen und Hamburg werden bereits lebende Herzmuskelzellen entwickelt, die zu einer biologischen Herzkammer heranwachsen, einem kontraktilen Fontan-Tunnel. Die Forscher in den beiden Städten kooperieren intensiv, um dieses Ziel zu erreichen: Zurzeit arbeitet das Aachener Helmholtz Institut an der Klappenentwicklung für die Herzkammer, während am UKE Hamburg die Schlauchstruktur optimiert wird. Ziel ist es, kleinen Herzpatienten das Leben leichter zu machen und Folgeerkrankungen zu minimieren.

Dem Hamburger Team ist es gelungen, eine selbst schlagende Kammer aus stammzellenbasierten Herzmuskelzellen zu generieren, die bereits in der Lage ist, eine geringe Kraft aufzubauen. Auf dieser Basis werden in der zweiten Phase des Projekts Versuchsreihen durchgeführt, um unter anderem festzustellen, welche konstruktiven Bedingungen gegeben sein müssen, um die Kraftentwicklung und auch die Stabilität der Konstrukte zu optimieren.

„Durch die erzielten Fortschritte sind wir zuversichtlich, mit weiteren Experimenten fortzufahren, einschließlich der Herstellung eines standardisierten elektrogesponnenen Konstrukts, das dann auch mit Zellen besiedelt und einige Wochen in vitro kultiviert werden kann“, erklären die Projektverantwortlichen Prof. Dr. Jockenhövel und Dr. Sachweh.

„Nunmehr ist es uns gelungen, mit den Methoden des Tissue engineerings eine „lebende“ Herzkammer zu „züchten“, die selbstständig schlägt. Trotz dieser bahnbrechenden Entwicklung sind noch viele Schritte erforderlich, bis diese zum Einsatz im Patienten bereit ist. Bisher ist diese Herzkammer noch sehr klein (ca. 1.8 cm Länge, 6 mm Innendurchmesser, 1 mm Wandstärke) und wird gerade verschiedenen Labortests unterzogen. Wenn hier bestimmte Voraussetzungen erfüllt sind, können wir größere Kammern herstellen und diese weiterentwickeln. Wir sind jetzt an einem Punkt angelangt, wo ein Erfolg sehr wahrscheinlich wird“, betont Dr. Sachweh.