Herstellung einer künstlichen Herzkammer aus lebendem Gewebe

Niklas ist ein quirliger Junge, doch das war nicht immer so. Große Sorgen hatten seine Eltern bei seiner Geburt: Er kam mit der Diagnose HLHS – Hypoplastisches Linksherzsyndrom – auf die Welt. Niklas hat nur ein „halbes Herz“. Das Aachener Helmholtz Institut arbeitet gemeinsam mit dem UKE in Hamburg an einer Lösung.

Projektort:
RWTH Aachen / UKE Hamburg

Zeitplan:
3 Jahre

Projektleitung:
Prof. Dr. Stefan Jockenhövel (RWTH),
Dr. Jörg Sachweh,
Dr. Daniel Biermann (UKE)

Fördervolumen:
413.640 €

Leben mit nur einer Herzkammer so normal wie möglich machen

Ein Einkammerherz kann (noch) nicht geheilt werden. Durch die palliative Fontan-Operation wird bei diesen Herzen die eine zur Verfügung stehende Herzkammer des Kinderherzens dazu eingesetzt, das sauerstoffreiche Blut in den Körperkreislauf zu pumpen. Das sauerstoffarme Blut wird direkt (also ohne vorgeschaltete Kammer) in die Lunge geleitet. Das Fontan-Prinzip wird seit Ende der 1960er Jahre angewendet. Mittel- und langfristig bereitet die fehlende Kammer den empfindlichen Kinderherzen jedoch große Probleme, Komplikationen sind leider keine Seltenheit.

„Wir arbeiten intensiv daran die Umsetzung der Klappenstruktur und die Optimierung der textilen Bewährung für die Klappe voranzutreiben“

Prof. Stefan Jockenhövel und Dr. Jörg Sachweh

Eine Herzkammer aus Lebendgewebe wird im Bioreaktor geschaffen

Auf Basis des Prinzips des "tissue engineering" wird eine bioartifizielle Herzkammer entwickelt. Sie besteht aus lebenden menschlichen Herzmuskelzellen und kann sich zusammenziehen, ist also kontraktil. Durch die Einbringung von bioartifiziellen Herzklappen wird ein gerichteter Blutstrom erzeugt. Diese 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.

Im Labor wird mit dem eigens hergestellten Bioreaktor gearbeitet.

Entwicklung der Schlauchstruktur.

Hier wird der aus Herzmuskelzellen hergestellte „Schlauch“ eingefügt.

Formgebendes System für die miniaturisierte Herzklappenleitung.

Ein „lebender“, sich selbst zusammenziehender Schlauch entsteht

Übrigens: Mit 90 Euro können Sie die Herstellung und
Kultivierung von Herzmuskelgewebe finanzieren

Im Labor konnten bereits lebende Herzmuskelzellen entwickelt werden, die zu einer biologischen Herzkammer heranwachsen, zu einem kontraktilen Fontan-Tunnel. 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.

Damit Kinder wie Niklas bessere Zukunftsaussichten haben, wird dieses innovative Kooperationsprojekt vom Universitären Herz- und Gefäßzentrum UKE Hamburg und dem Aachener Helmholtz Institut für Biomedizinische Technik interdisziplinär und interuniversitär durchgeführt. Im Ergebnis rechnen die Forscher mit einem bahnbrechenden Schritt, der für die betroffenen kleinen Herzpatienten eine größere Überlebenschance sowie eine erheblich optimierte Lebensqualität bedeuten würde.

 

Ihre Hilfe kommt an: Der aktuelle Projektstand

Update: Dem Hamburger Team ist es jetzt gelungen, eine selbst schlagende Kammer aus Stammzellen-basierten Herzmuskelzellen zu generieren, die bereits in der Lage ist, eine geringe Kraft aufzubauen. Auf dieser Basis wurden und werden 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.

Ausblick: Um die physiologisch relevanten Kräfte generieren zu können, muss in weiteren Modellen untersucht werden, wie sich die Herzzellen gezielt entlang von Kraftlinien im röhrenförmigen Modell ausrichten können. 

„Nunmehr ist es uns gelungen, mit den Methoden des Tissue enginee-rings 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.

 

 

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„Eine künstliche Herzkammer aus lebendem Gewebe“

„Innovation betreiben für unsere kleinen Patienten!“

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Roland Marzoch
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