Softroboter umschließt und unterstützt schwache Herzen

| Autor / Redakteur: Stefan Parsch, dpa / Sebastian Gerstl

Softroboter an schlagendem Schweineherz. Mit der an der Herzscheidewand verankerten Robotik kann eine kranke Herzkammer von Außen unterstützt werden.
Softroboter an schlagendem Schweineherz. Mit der an der Herzscheidewand verankerten Robotik kann eine kranke Herzkammer von Außen unterstützt werden. (Bild: Carla Schaffer / AAAS, Payne et al)

Rund 1,8 Millionen Menschen in Deutschland leben mit einer Herzschwäche. Unterstützende Geräte gibt es bereits, sie sind aber mit Risiken verbunden. Nun wird ein Softroboter erprobt, der eine kranke Herzkammer umschließt und so einen natürlichen Herzrhytmus gewährleisten soll.

Es ist ein neuer Ansatz zur Behandlung einer Herzschwäche: Eine Forschergruppe um Christopher Payne vom Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering in Boston (Massachusetts, USA) hat ein robotisches Gerät entwickelt, das eine kranke Herzkammer von außen unterstützt. Es wird in der Herzscheidewand verankert und hat seine Funktionsfähigkeit an vier Schweineherzen gezeigt. Vorgestellt wird der Softroboter in der Fachzeitschrift Science Robotics.

In Deutschland leben nach Schätzungen der Deutschen Herzstiftung rund 1,8 Millionen Menschen mit einer Herzschwäche, auch Herzinsuffizienz genannt. Dabei ist die Pumpfunktion des Herzens eingeschränkt. Um Abhilfe zu schaffen, werden zum Teil künstliche Pumpen eingesetzt oder unterstützende Geräte in die erkrankte Herzkammer eingebracht. Doch solche Ansätze sind mit verschiedenen Problemen behaftet, unter anderem mit der Gefahr der Gefäßverstopfung (Thrombose).

Payne und Kollegen entwickelten deshalb ein Gerät, das durch aufblasbare Kammern von außen Druck auf die erkrankte Herzkammer ausübt, wenn das Blut aus der Kammer ausströmen soll. Wichtig ist ihnen dabei, dass das Gerät über einen Stab in der Herzscheidewand verankert wird. Dadurch wird den Forschern zufolge ein Verzerren der Wand verhindert und sie behält ihre stabilisierende Funktion.

Nachdem die weichen Aktoren auf die Herzkammer gedrückt haben und erschlaffen, ziehen elastische Bänder die Herzkammer wieder in ihre ursprüngliche Form. Hierbei wird Blut in die Kammer gezogen. Sensoren sorgen dafür, dass sich das robotische Gerät der Herzfrequenz des Lebewesens anpasst.

Die sichelförmige Stütze des Geräts ist so gestaltet, dass es sowohl an der linken als auch an der rechten Herzkammer eingesetzt werden kann. Nach verschiedenen Funktionstests setzten die Wissenschaftler das robotische Gerät bei vier Schweineherzen ein. Die Operation kann am schlagenden Herzen durchgeführt werden.

Bei einem Experiment schnürten die Forscher eine Arterie ein, so dass in der Hauptschlagader (Aorta) nur noch 39 Prozent des Blutes im gesunden Zustand floss. Mit Hilfe des robotischen Geräts und unter Erhöhung der Herzfrequenz brachten sie den Blutfluss auf über 100 Prozent.

Bei dem Gerät von Payne und Kollegen kommt nur die Verankerung in der Herzscheidewand mit dem Blut in Kontakt. Dies sehen die Forscher als einen weiteren Vorteil ihrer Entwicklung an. Als Nachteile nennen sie, dass die Bestandteile des Geräts bisher nicht biokompatibel sind. Auch sei bisher nur die Funktion getestet worden, Langzeittests stünden noch aus.

Dennoch ist Jan Gummert, Klinikdirektor am Herz- und Diabeteszentrum Nordrhein-Westfalen in Bad Oeynhausen, ganz angetan von der Studie. "Solche innovativen Ansätze sind spannend und unterstützenswert.» Dass es bei Schweinen funktioniere, heiße aber noch nicht, dass dies auch beim Menschen der Fall sei. Es gebe aber keine andere Möglichkeit, als so vorzugehen. Als entscheidende Frage sieht Gummert an, wie das Herz auf Dauer auf das Gerät reagiert. "Ich werde die weitere Entwicklung auf jeden Fall verfolgen."

Auch Dirk Westermann vom Universitären Herzzentrum Hamburg sieht in der Studie vorteilhafte Ansätze, beurteilt das Verfahren allerdings kritischer: In der derzeitigen Form sei das Gerät schlicht zu groß, zudem könne die Luftversorgung problematisch sein. "Der Vorteil des Geräts ist, dass der natürliche Herzrhythmus erhalten bleibt, was sich günstig auf das Blut und die Organe auswirkt."

Zurzeit eingesetzte Pumpen erzeugen einen kontinuierlichen Blutfluss, der zu körperlichen Veränderungen führen kann; auch muss wegen Thrombosegefahr das Blut dauerhaft verdünnt werden. Dennoch geht Westermann davon aus, dass heutige Pumpensysteme durch Weiterentwicklung, Verkleinerung und kabelloses Laden so verbessert werden können, dass sie dem gezeigten Ansatz überlegen sein dürften.

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