Erstes implantierbares ventrikuläres Unterstützungssystem für den Langzeiteinsatz in Entwicklung

Jeder vierte Patient, der aufgrund einer irreversiblen Herzerkrankung im Endstadium für eine Herztransplantation angemeldet wurde, stirbt trotz Einsatz extrakorporaler Blutpumpen noch während der Wartezeit auf ein Spenderorgan. Diese Situation könnte das sich beim German Aerospace Center (DLR) in Entwicklung befindliche Ventricular Assist Device (VAD) zukünftig verbessern: Das vollimplantierbare Herzunterstützungssystem besitzt Potential, um sich zu einer effektiven Methode zur Überbrückung der Wartezeit zu etablieren.

Schmid und Vodermayer bei der Präsentation des DLR-VAD.
Schmid und Vodermayer bei der Präsentation des DLR-VAD.


Für das Projekt DLR-VAD transferierten Thomas Schmid und Bernhard Vodermayer vom Institute of Robotics and Mechatronics des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt die Technik innovativer Robotersysteme in die Medizintechnik. „Mit dem DLR-VAD wollen wir aktuelle Blutpumpen, bei deren Einsatz es häufig zu Thrombenbildung oder katheterassoziierten Bakteriämien kommt, deutlich übertreffen. Die verwendeten Komponenten erfüllen höchste Qualitätsansprüche und arbeiten auch unter Dauerbelastung zuverlässig. Unser VAD hat eine Einsatzzeit von bis zu 5 Jahren und kann damit deutlich länger als andere Verfahren verwendet werden, um Menschen mit schwerster Herzinsuffizienz ideal zu unterstützen. Bislang stehen hier nur unzureichende Therapiemöglichkeiten zu Verfügung“, erklärt Dr.-Ing. Thomas Schmid auf der Fachtagung „Biomaterialien – Prothetik und intelligente Implantate“ des Forum MedTech Pharma e.V. in Würzburg, Germany.

Das modular aufgebaute DLR-System kann mit verschiedenen Anschlussadaptern wahlweise univentrikulär oder als Bi-Ventricular Assist Device (BiVAD) eingesetzt werden. Besonders stolz sind die Entwickler auf die innovative Pumpfunktion: Im Gegensatz zu gängigen Einkammergeräten arbeitet das DLR-Implantat mit zwei elastischen Pumpkammern, die abwechselnd von einer Druckmembran komprimiert werden. „Es entsteht ein pulsativer Blutfluss, der durch die spezielle Konstruktion von Klappen und Kammer den im linken Ventrikel vorherrschenden Verhältnissen ähnelt. Wir haben in Fluidmechanik-Laboren Messungen mittels Particle Imaging Velocimetrie (PIV) durchgeführt. Das Blut wird schonend und unter geringen Scherspannungen durch das Implantat gepumpt – es kommt zu keiner Hämolyse“, fährt Schmid fort.

Da das Herzunterstützungssystem sehr kompakt gebaut ist und nur 300g wiegt, lässt es sich komplett implantieren. Die Patienten können wieder nach Hause entlassen werden und am täglichen Leben teilnehmen. „Die implantierten Akkus gewährleisten einen netzunabhängigen Betrieb von bis zu sechs Stunden, dann muss das VAD wieder aufgeladen werden“, schildert Bernhard Vodermayer. Hierfür entwickelten die Forscher des German Aerospace Center das neuartige drahtlose Energiesystem DLR-TET. „Die Energie wird induktiv über ein Spulenimplantat, eine flexible Kupferspule, übertragen. Die CoilPos Positionierungsunterstützung hilft den Patienten dabei, das System einfach über die Haut aufzuladen. Über eine Bluetooth-Verbindung können behandelnde Ärzte Daten abrufen und die Behandlung optimieren“, ergänzt Vodermayer.

Die Leistungsfähigkeit des DLR-VAD konnte bislang nur in Tierversuchen demonstriert werden. Ohne Komplikationen unterstützte es die Tierherzen in Akutversuchen mit bis zu 8 Litern Herzzeitvolumen. Bei einer mittleren Herzfrequenz von 105 Schlägen / Minute betrug die durchschnittliche Pumpleistung 5,8 l/min. Für den endgültigen Einsatz im Menschen sind zwei Modelle vorgesehen, die sich lediglich im Pumpvolumen (54ml oder 72ml) unterscheiden. „Erste Langzeitversuche sind bereits in Planung. Bis zum Erreichen der Marktreife wollen wir neure Elektronik installieren, das Implantat verkleinern und die Oberfläche bearbeiten, um eine Zellbesiedelung zu ermöglichen. In Zukunft könnte das DLR-VAD sogar langfristig als Bridge bis zur Implantation eingesetzt werden und für viele Menschen eine effektive Therapieoption darstellen“, schließt Schmid ab.

26.11.2007

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