Pneumatische Pump-Hilfe fürs Herz

An Schweine-Herzen hat sich das System bewährt. (Foto: Ellen Roche/Harvard University)

Das Blut muss fließen – ist die Pump-Funktion des Herzens durch eine Erkrankung beeinträchtigt, droht Lebensgefahr. Nun haben Forscher eine Art pneumatischen Überzug für das Herz entwickelt, der es beim Pumpen unterstützen kann. Ähnlich wie der Herzmuskel selbst, erhöht er die Kraft des Organs bei der Kontraktion. Der Vorteil: Es entsteht kein direkter Kontakt mit dem Blut wie bei bisherigen Systemen. Der Pneumo-Überzug könnte einmal Transplantations-Patienten auf der Warteliste das Überleben sichern oder bei der Erholung der Herzleistung unterstützen.

Herzinsuffizienz – von einer kritischen Unterfunktion der Blut-Pumpe sind weltweit etwa 41 Millionen Menschen betroffen. In einige Fällen kann auf Dauer nur eine Herztransplantation das Leben der Patienten retten. Doch Spenderherzen sind in der Regel nicht sofort verfügbar – zur Überbrückung der Wartezeit muss der Blutfluss deshalb mit anderen Mitteln gewährleistet werden. Die dazu bisher eingesetzten mechanischen Pumpsysteme sind allerdings problematisch: Sie kommen mit dem Blut direkt in Kontakt. Dadurch können gefährliche Blutgerinnsel entstehen, die beim Patienten zu lebensgefährlichen Schlaganfällen oder Embolien führen können.

Konzept aus der Soft-Robotik

Um ein Gerät zu erschaffen, das nicht mit Blut in Berührung kommt, haben sich die Forscher um Ellen Roche von der Harvard University Inspiration beim Herzen selbst gesucht. Um die Funktion der Herzmuskeln nachzuahmen, entwickelten sie einen weichen Überzug aus Silikon, der durch eine Operation über das Herz gestülpt wird. Das Konzept  stammt aus der sogenannten Soft-Robotik, bei der pneumatische Elemente zur Bewegung von Maschinen genutzt werden. In die "Herz-Hülle" der Forscher sind ebenfalls pneumatische Elemente integriert. Sie sind an eine externe Pumpe angeschlossen, die sie rhythmisch mit Luft füllt und wieder leert. Dadurch komprimiert die Hülse das Herz, wie es auch der Herzmuskel beim natürlichen Herzschlag tut.

Bisher haben die Forscher das System erfolgreich an Schweineherzen getestet. Zunächst untersuchten sie den Effekt der Überzuge an isolierten Organen. Anschließend folgten Versuche an lebenden Schweinen. Die pneumatischen Hüllen konnten bei sechs Versuchstieren nach künstlich hervorgerufenen Herzproblemen den normalen Blutfluss wieder herstellen, berichten die Wissenschaftler.

Herz-Hüllen könnten Leben retten

Die Herz-Hüllen können für jeden Patienten angepasst werden – auch was die Funktion betrifft, betonen die Wissenschaftler. Wenn ein Patient zum Beispiel mehr Schwäche auf der linken Seite des Herzens hat, können die pneumatischen Elemente abgestimmt werden, um auf dieser Seite mehr Unterstützung zu geben. Der Druck kann auch mit der Zeit ansteigen oder abnehmen, wenn sich der Zustand des Patienten verschlechtert oder verbessert, sagen die Wissenschaftler.

"Soft-Roboter-Geräte sind ideal geeignet, um mit weichem Gewebe zu interagieren und Unterstützung zu geben. So ermöglichen sie eine zeitliche Ausdehnung der Funktionsfähigkeit und können möglicherweise auch bei der Heilung und Wiederherstellung eingesetzt werden", resümiert Roche. "Vor allem ist die Entwicklung dieses Konzepts wichtig, weil mehr und mehr Menschen einen Herzinfarkt überleben, aber dann unter einer Herzinsuffizienz leiden", betont sie. Bevor die pneumatischen Hüllen nun Menschen eingesetzt werden können, ist allerdings noch Arbeit nötig, aber die bisherigen Ergebnisse geben großen Anlass zur Hoffnung, sagen die Forscher.

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