22.01.2017
Herzrhythmusstörungen schonender behandeln
Ein biohybrider Herzschrittmacher, mit dem sich durch optische Stimulation des Herzmuskels und anderer Muskelgruppen Herzrhythmusstörungen schonender behandeln lassen, wurde im Laser Zentrum Hannover e.V. entwickelt.
Ein neuer Ansatz zur schonenderen Behandlung von Herzrhythmusstörungen durch eine gezielte optische Stimulation des Herzmuskels und anderer Muskelgruppen ist ein so genannter biohybrider Herzschrittmacher, der vom Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) gemeinsam mit vier Partnern innerhalb eines Verbundprojektes namens „Biohybrids for Photon-Activated Cardiac Excitation" (BioPACE) entwickelt worden ist.
Um das neue therapeutische Konzept mit biohybriden Implantaten zur lichtinduzierten Herzerregung, Herz-Defibrillation und Skelettmuskelstimulation umzusetzen, wurden neueste Erkenntnisse aus der Photonik, Optogenetik, Nanotechnologie und Medizin zusammengeführt. Die neue Technologie verfolgt einen innovativen Ansatz zur Anregung der Herzmuskelkontraktion: Während herkömmliche Herzschrittmacher elektrische Impulse in das Herz geben, sollen in dem neuen Verfahren optische Impulse eingesetzt werden. So wird der Herzmuskel nicht mittels einer elektrischen Stimulation, sondern mit Licht zur Anspannung (Kontraktion) gebracht: die beiden Herzkammern ziehen sich kräftig zusammen. Dazu wird auf ein Cluster von Herzmuskelzellen mittels eines Lasers ein ringförmiges Punktmuster projiziert. Durch diese optische Stimulation werden die Herzmuskelzellen zur Kontraktion angeregt. Dabei steuert die Frequenz der Projektion den Kontraktionsrhythmus.
Eine weitere Neuerung ist das Material: Der Schrittmacher wird zum Teil aus biologischem Material bestehen. Durch die Fertigung des Schrittmachers aus patienteneigenen Zellen können Abstoßungsreaktionen des Körpers minimiert werden. In diese in ein Hydrogel eingebetteten Zellen werden so genannte aufwärtskonvertierende Nanopartikel (upconverting nanoparticles, UCNP) eingebracht. Diese sind notwendig, um eine Kontraktion als Reaktion auf die optische Stimulation hervorzurufen. Der Impuls wird an die umliegenden Zellen weitergegeben, wodurch der Herzmuskel sich zusammenzieht.
In Zukunft beabsichtigen die Forscher außerdem einen biohybriden Defibrillator zu entwickeln. Dadurch könnten Langzeitfolgen der Behandlung - wie zum Beispiel Vernarbungen des Gewebes - verringert oder ganz vermieden werden.
Die Koordination des Verbundprojektes „Biohybrids for Photon-Activated Cardiac Excitation" (BioPACE) übernimmt das LZH. Die Medizinische Hochschule Hannover (MHH) stellt die Expertise in der Zellherstellung und Implementation zur Verfügung. Mit den Anwendungsmöglichkeiten am Herzmuskel und der Skelettmuskulatur beschäftigt sich das Universitätsklinikum Bonn. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung über die VDI Technologiezentrum GmbH im Rahmen der Förderinitiative „Photonik Plus - Neue optische Basistechnologien" für eine Laufzeit von drei Jahren gefördert.
Quelle: Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)
