Vielversprechendes Herz aus dem 3D-Drucker

Das Kunstherz imitiert ein menschliches Herz so gut wie möglich. (Bild: Zurich Heart)

Möglichst nah am Naturpatent - dieses Ziel verfolgten Forscher bei der Entwicklung eines innovativen Kunstherzens, das nun den ersten Pump-Test absolviert hat. Das geschmeidige Silikonorgan aus dem 3D-Drucker schlägt und pumpt vielversprechend, nur an der Dauerbelastbarkeit des Materials müssen die Forscher offenbar noch tüfteln. Nach der Optimierung könnte sein künstlicher Schlag künftig Patienten das Überleben ermöglichen, die auf ein Spenderherz warten, sagen die Forscher.

Der Bedarf ist hoch: Weltweit leben rund 26 Millionen Menschen mit einer Herzinsuffizienz - viele von ihnen warten verzweifelt auf ein Spenderherzen. Um ihnen während der Wartezeit das Überleben zu sichern, sind bereits mechanische Kunstherzen und Herzunterstützungssysteme im Einsatz. Sie sollen Zeit gewinnen, bis ein Spenderherz verfügbar ist oder das Herz der Patienten sich von selbst erholt hat. Doch die bisherigen Konzepte sind verbesserungsbedürftig: Die Mechanik der Kunstherzen ist störungsanfällig und die Systeme sind nach wie vor sehr artifiziell.

Dem Original so nah wie möglich

"Ziel muss also sein, ein Herz zu entwickeln, das ungefähr die gleiche Größe hat, wie das eines Patienten und welches das menschliche Herz in Form und Funktion so gut wie möglich imitiert", sagt Nicholas Cohrs von der Eidgenössische Technische Hochschule Zürich. So konsequent wie nie zuvor, haben er und seine Kollegen dieses Ziel nun umgesetzt.

Sie haben ihr Kunstherz mittels 3D-Drucker aus Silikon hergestellt. Das weiche Gebilde wiegt 390 Gramm und hat ein Volumen von 679 Kubikzentimetern. "Es handelt sich um einen Silikon-Monoblock, der ein kompliziertes Innenleben hat", erklärt Cohrs. Das Kunstorgan sieht nicht nur aus wie sein Vorbild – es funktioniert auch ähnlich: Wie ein echtes Menschenherz besitzt es eine rechte und eine linke Herzhälfte. Anders als beim Original werden diese aber nicht durch eine Scheidewand sondern durch eine zusätzliche Kammer getrennt. Dieses Element übernimmt die Funktion des Herzmuskels: Durch Luftdruck dehnt sie sich rhythmisch aus und bewegt dadurch die Flüssigkeit in den beiden benachbarten Blutkammern.

Test bestanden, aber...

Soweit das theoretische Konzept: Ob es tatsächlich funktioniert, haben die Forscher nun  getestet. Sie verbanden das Silikonherz dazu mit einem System, in dem eine Flüssigkeit mit vergleichbarer Viskosität wie Blut zirkuliert und ließen ihren Prototypen pumpen. Es zeigte sich: Grundsätzlich funktioniert das Kunstherz prima und bewegt sich auch sehr ähnlich wie das menschliche Pendant. Prinzipiell erscheint das Ergebnis somit vielversprechend.

Ein Problem zeigte sich aber: Bis jetzt steht das Silikonherz nur rund 3000 Schläge durch - danach hält das Material der Belastung nicht mehr stand, berichten die Forscher. Diese Laufzeit ist natürlich zu kurz – sie entspricht nur einer halben bis einer dreiviertel Stunde. Doch den Forschern zufolge kann man nachbessern: Sie müssen nun die Reißfestigkeit des Materials deutlich verbessern. Cohrs erklärt: "Es handelt sich bei diesem Versuch klar um einen Machbarkeitstest. Unser Ziel war nicht, ein implantierbares Herz vorzustellen, sondern bei der Entwicklung von künstlichen Herzen in eine neue Richtung zu denken." Der Forscher ist eigentlich Maschinenbauer, der eine Begeisterung für die körperliche Maschinerie entwickelt hat: "Ich hätte nie gedacht, dass ich als Maschinenbauer je ein weiches Herz in Händen halte. Nun bin ich so fasziniert von dieser Forschung, dass ich gerne an der Entwicklung von Kunstherzen weiterarbeiten möchte", sagt Petrou.

So funktioniert das weiche Kunstherz. (Video: ETH Zürich)

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