Helmholtz-Zentrum Hereon Hilfe bei Vorhofflimmern: 3D-gedruckte Verschlusspfropfen mit Sensoren erleichtern minimalinvasive Operation

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Vorhofflimmern kann dazu führen, dass sich Blutgerinnsel im Herzen bilden. Häufig wird daher der Teil des Herzens, in dem sich die Gerinnsel bilden, mit einem Pfropfen verschlossen. Ein neuer Verschlusspfropfen mit Sensoren lässt sich präzise platzieren.

Weltweit sind rund 60 Millionen Menschen von Vorhofflimmern betroffen. Viele Patienten erhalten kleine Pfropfen, die in ihr Herz implantiert werden – ein etabliertes Verfahren. Diese sogenannten Okkluder verschließen das Herzanhängsel, so dass kein Blut mehr hineinfließen kann. Bei manchen Patienten funktioniert das gut. Die Okkluder sitzen perfekt. Dadurch wird auch das Risiko der Bildung von Blutgerinnseln verringert. 

Doch manchmal schließen die Okkluder nicht richtig ab. Es verbleiben kleine Lücken zwischen dem Verschluss und dem inneren Herzgewebe, durch die das Blut ein- und wieder ausströmen kann. Trotz des Verschlusses können sich dennoch Blutgerinnsel bilden. Der chirurgische Eingriff war vergeblich.

Vorhofflimmern: Verschlüsse mit perfekter Passform

Das Problem: Bislang sind handelsübliche Okkluder nur in Standardgrößen mit festen Durchmessern erhältlich. Daher passen sie nicht immer perfekt. Ein Forscherteam des Helmholtz-Zentrum Hereon für Aktive Polymere in Teltow hat sich deshalb vor einiger Zeit mit Ärzten der Berliner Charité zusammengetan, um Verschlüsse zu entwickeln, die präziser in die linke Vorhofgegend des Herzens eingesetzt werden können. 

Diese neu entwickelten Verschlüsse sind in mehrfacher Hinsicht besser als herkömmliche Pfropfen. So können die von dem Forscherteam entwickelten Okkluder ähnlich wie die Blende einer Kamera geweitet und geschlossen werden – und lassen sich daher viel besser in der Öffnung des Anhängsels positionieren.

Okkluder werden heute minimalinvasiv über Katheter in das Herz eingeführt – also durch große Blutgefäße in den Vorhof geschoben. Eine Herausforderung für die Ärzte besteht darin, dass sie von außen nicht wirklich beobachten können, ob der Okkluder gut positioniert ist. Die Position kann nur mit bildgebenden Verfahren wie Röntgen oder Ultraschall korrigiert werden. Kleine Lücken zwischen dem Okkluder und dem Anhängsel sind kaum zu erkennen. 

Die neuen Okkluder enthalten daher eine zweite Besonderheit: Auf ihrer Oberfläche sind hauchdünne Sensoren angebracht, die erkennen können, ob der Okkluder fest auf dem Gewebe aufliegt oder nicht.

Nanometerfeine Oberflächenstruktur

Die Herstellung solcher spezieller Oberflächen – sogenannter aktiver Polymeroberflächen – ist eine Kernkompetenz des Hereon-Teams. Für die Okkluder wird zunächst ein hauchdünnes Gewebe aus Nanometer-Polymerfasern hergestellt. Dazu wird ein flüssiges Polymer durch eine Düse geleitet, aus der die Fasern wie der Faden einer Spinne herausschießen. Diese Fasern werden kreuz und quer übereinander gelegt, bis ein Gewebe entsteht, das unter dem Mikroskop dem feinen Faserknäuel eines Kleenex-Taschentuchs ähnelt. 

Dieser Vorgang wird als Elektrospinnen bezeichnet. In einem zweiten Schritt werden die Sensoren in das Gewebe integriert. Anschließend wird das Gewebe auf den Okkluder geklebt.

Nach zwei Jahren Arbeit sind die ersten Prototypen entstanden. Die Verschlüsse bei Vorhofflimmern werden ab dem nächsten Jahr – zunächst in der präklinischen Phase – an echten Schweineherzen getestet. „Das wird spannend, denn es wird sich zeigen, wie gut die Verschlüsse im lebenden, sich bewegenden Herzen funktionieren“, so Katarzyna Polak-Kraśna. Die Forscherin leitet im Helmholtz-Zentrum Hereon für Aktive Polymere die Abteilung Digitales Design und Verarbeitung. 

Nach erfolgreichen ersten Tests im Tierversuch plant das Team eine Ausgründung, die es ermöglichen wird, das Gerät in klinische Studien und in die Kliniken zu bringen, um die Behandlungsergebnisse der Patienten zu verbessern und ihr Schlaganfallrisiko zu senken.

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