Nicholas Cohrs und seine Kollegen vom Functional Materials Laboratory der ETH Zürich in der Schweiz haben ein neues Konzept für das, was sie als weiches Kunstherz bezeichnen.

Durch die Entwicklung eines künstlichen Herzens, das dem Herzen eines Empfängers sehr ähnelt, hoffen Cohrs und sein Team, ein Gerät zu entwickeln, das Patienten jahrelang am Leben halten kann, ohne eine weitere riskante Transplantationsoperation zu benötigen.

Seit fast 50 Jahren transplantieren Chirurgen künstliche Herzen in Patienten, die sonst an Herzversagen sterben würden.

Diese Geräte sind aus Kunststoff und Metall. Sie können das Leben für Tage und sogar Monate aufrechterhalten, während die Patienten Spenderherzen erwarten.

In einigen Fällen kann eine künstliche Herztransplantation dauerhaft sein und mehrere Jahre dauern, aber die Wahrscheinlichkeit, länger als vier Jahre zu überleben, beträgt weniger als 60 Prozent. Der längste Zeitraum, in dem ein künstliches Herz lebt, beträgt fünf Jahre.

Zu ​​den Komplikationen, die bei einer künstlichen Herztransplantation auftreten können, gehören Blutungen, Infektionen und Organversagen.

Ein häufiges Problem bei künstlichen Herzen ist ihre Neigung, Blut aufgrund ihrer starren Zusammensetzung zu verklumpen.

Blutgerinnsel können zu Schlaganfällen führen.

Eine weiche, persönliche Note versuchen

Ein künstliches Herz mit weniger Steifheit könnte den Blutfluss verbessern und die Gerinnungswahrscheinlichkeit verringern.

Zunächst experimentierten Cohrs und sein Team mit Silikon, einer Substanz, die im Allgemeinen nicht reaktiv, stabil und resistent gegen extreme Umweltbedingungen ist. Es hat auch mehrere Life-Science-Anwendungen.

"Natürlich ist Silikon ein künstliches Material, das kein menschliches Gewebe ist und nicht direkt diesem ähneln kann", sagte Cohrs Healthline. "Es ist jedoch ein weiches Material und kann die Materialeigenschaften von menschlichem Gewebe bis zu einem gewissen Grad nachahmen. Wir verwenden es, weil es ein etabliertes Material für Implantate ist und von vielen verschiedenen Lieferanten erhältlich ist. "

Das Silikonherz wurde mit computergestützter Design (CAD) -Software entwickelt, wodurch ein weiches Organ entsteht, das in Zusammensetzung, Form und Funktion dem menschlichen Herzen ähnelt.

Für eine tatsächliche Transplantation würde ein CT-Scan des Herzens des Patienten die Grundlage des Designs bilden, um sicherzustellen, dass es eng anliegt.

Konstruktionsänderungen am Herzen sind erforderlich, damit es sich selbst bewegen kann, einschließlich einer Kammer, die sich mit Druckluft aufbläst und entleert.

In ihren Experimenten hat das Cohrs-Team einen 3D-Drucker verwendet, um eine Plastikform des Herzens zu erstellen.

"Wir produzieren unser künstliches Herz nicht direkt per 3D-Druck, sondern wir brauchen 3D-Drucker, weil es nicht möglich ist, ein so weiches Gerät mit herkömmlichen Fertigungstechniken herzustellen", sagt Cohrs. "Wir drucken ein Negativ des Herzens in 3D und verwenden es als eine Form, die wir später auflösen. "

Zunächst wurde die Form mit Silikon gefüllt, was zu einem 13-Unzen-Herz führte - ein Gerät, das ungefähr ein Drittel schwerer war als das durchschnittliche Erwachsenenherz.

Nach der Implantation wurde er an die Klappen, Arterien und Venen angenäht und von einem tragbaren, externen pneumatischen Treiber angetrieben.

Im April 2016 testeten Cohrs und sein Team ihr Silikonherz, indem sie es in einer Hybrid-Schein-Umlaufmaschine platzierten. Die Ergebnisse bewiesen, dass der Blutfluss des Silikonherzens dem eines echten menschlichen Herzens entsprach.

Allerdings dauerte das Silikonherz etwa 3.000 Herzschläge, bevor es von Stress zerriss. Bei einer Herzfrequenz von 60 Schlägen pro Minute würde das Herz in weniger als einer Stunde versagen.

Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Artificial Organs

Über das Silikon hinaus

Seit den ersten Experimenten hat Cohrs 'Team von Silikon auf andere Materialien umgestellt.

"Wir testen verschiedene Polymere, um das künstliche Herz stabiler zu machen und die Lebensdauer zu erhöhen", sagte Cohrs. "Wir haben auch die Geometrie verändert und optimiert. "

Ihr neuestes Herz dauert 1 Million Herzschläge - oder etwa 10 Tage Leben.

Weitere Modifikationen werden das Herz verbessern, obwohl es Jahrzehnte dauern kann, bis man bereit ist für das Testen in der Praxis.

"Unser ultimatives Ziel wäre natürlich ein weiches künstliches Herz, das einen physiologischen, natürlichen Blutfluss erzeugen kann, eine ausreichende Lebensdauer hat und keine unerwünschten Ereignisse verursacht", sagte Cohrs. "Ob das möglich ist, ist noch unbekannt, aber wir waren mit den ersten Ergebnissen zufrieden. "

" Die Entwicklung eines solch komplexen internen künstlichen Implantats ist sehr schwierig und erfordert viel Zeit ", fügte Cohrs hinzu. "Wir können nicht wirklich vorhersagen, wann wir ein endgültiges funktionierendes Herz haben können, das alle Anforderungen erfüllt und zur Implantation bereit ist. Das dauert normalerweise Jahre. "

" Aber mit der Veröffentlichung unserer Forschung haben wir einen Machbarkeitsnachweis für die Weichheit in der künstlichen Herztherapie vorgelegt. "

Das Verfahren, das Cohrs und sein Team verwendet haben - unter Ausnutzung der einfachen CAD-Software und des 3D-Drucks - könnte eine weit verbreitete Verfügbarkeit personalisierter Kunstherzen ermöglichen.

Diese Herzen könnten wiederum länger halten als heutige Geräte - vielleicht sogar 15 Jahre und hoffentlich für den Rest des Lebens eines Empfängers.