Forscher tüfteln am biohybriden Schrittmacher

HANNOVER. Um Patienten mit Herzrhythmusstörungen schonender behandeln zu können, entwickeln Forscher des Laser Zentrum Hannover (LZH) im Verbundprojekt BioPACE gemeinsam mit vier Partnern einen biohybriden Herzschrittmacher. Um das innovative therapeutische Konzept umzusetzen, führen die Partner neueste Erkenntnisse aus der Photonik, Optogenetik, Nanotechnologie und Medizin zusammen.

Während herkömmliche Herzschrittmacher elektrische Impulse in das Herz geben, sollen in dem neuen Verfahren optische Impulse eingesetzt werden, teilt das LZH mit. So wird der Herzmuskel nicht mittels einer elektrischen Stimulation, sondern mit Licht zur Kontraktion gebracht.

Eine weitere Neuerung ist das Material: Der Schrittmacher wird zum Teil aus biologischem Material bestehen. Durch die Fertigung des Schrittmachers aus patienteneigenen Zellen könnten Abstoßungsreaktionen des Körpers minimiert werden, so das LZH in seiner Mitteilung. In diese in ein Hydrogel eingebetteten Zellen werden sogenannte 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.

Mit diesem veränderten Ansatz werde nicht nur eine verbesserte Behandlung bei Herzrhythmusstörungen möglich, heißt es in der Mitteilung. In der Folge soll außerdem ein biohybrider Defibrillator entwickelt werden. Dadurch könnten Langzeitfolgen der Behandlung – wie zum Beispiel Vernarbungen des Gewebes – verringert oder ganz vermieden werden. Das Projekt habe eine ungewöhnlich kurze Entwicklungszeit, weil die Partner in ihrem jeweiligen Teilvorhaben auf bereits erzielte Ergebnisse zurückgreifen können, heißt es in der Mitteilung des LZH. Die Herausforderung liege nunmehr darin, diese zu verbinden und für den Einsatz als Herzschrittmacher vorzubereiten. Die LZH-Forscher konzentrierten sich dabei auf die Einkopplung und Verteilung des Lichts auf den Herzmuskel.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. Von der LifePhotonic GmbH wird die benötigte Lichtleitfasertechnologie und von der Centrum für Angewandte Nanotechnologie CAN GmbH die konvertierenden Nanopartikeln (wie UCNPs oder Quantum Dots) beigesteuert. Mit den Anwendungsmöglichkeiten am Herzmuskel und der Skelettmuskulatur beschäftigt sich das Universitätsklinikum Bonn.Das Projekt werde 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, so das LZH. (eb)