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Aachen: Kleine Maschine entfaltet ihre Wirkung direkt im Herzen

Aachen : Kleine Maschine entfaltet ihre Wirkung direkt im Herzen

Mediziner und Ingenieure der RWTH Aachen haben die weltweit erste Miniblutpumpe entwickelt, die in kompakter Form zum Herzen geführt wird und sich dort entfaltet.

Zusammengeklappt ist sie nur drei Millimeter dick und damit gerade einmal halb so groß wie die bislang kleinste Blutpumpe.

Die Miniblutpumpe könnte Herzen entlasten, die nach einem Infarkt oder einer Herzmuskel-Entzündung lebensbedrohlich geschwächt sind. Das Herz schlägt dann langsamer und wird besser durchblutet. Durch die Verringerung der Größe ist nur eine winzige Punktion der Leistenarterie nötig, um die Miniblutpumpe ins Körperinnere zu bringen.

„Dies erspart Herzpatienten auf der Intensivstation eine zusätzliche Operation”, erläutert der technisch versierte Arzt Joachim-Georg Pfeffer. Unterstützt vom Maschinenbauer Frank Buss und der Wissenschaftlichen Werkstatt des Aachener Uniklinikums hat Pfeffer die erste Miniaturmaschine dieses Typs gebaut.

Die Idee stammt von dem Radiologen Professor Thomas Schmitz-Rode. Für ihn ist es Berufsalltag, so genannte Stents gezielt in blockierte Adern zu platzieren. Dort weiten sich die zuvor kompakten Drahtgebilde und halten die Gefäße offen.

Schmitz-Rode wurde eines Tages klar, dass sich aus dem entfaltbaren Baumaterial der Stents - einer Nickel-Titan-Legierung mit Formgedächtnis - auch ein so komplexes Gerät wie eine Blutpumpe anfertigen ließe. Mittlerweile ist die Idee zum patentierten Prototypen gereift.

Das filigrane Gebilde besteht aus einem durchlässigen, spindelförmigen Pumpenkäfig, der den Rotor beherbergt. Dieser ist über eine flexible Welle mit einem Motor außerhalb des Körpers verbunden. Und so soll sie künftig funktionieren: Eingezwängt in einem Katheterschlauch werden Käfig und Rotor bis zur linken Herzkammer geführt. Dort werden sie aus dem Schlauch herausgeschoben.

Durch den Kontakt mit dem warmen Herzblut wird das Formgedächtnis des Baumaterials aktiviert. Die Pumpe entfaltet sich und wird funktionsfähig. Von nun an befördert sie mit 30 000 Umdrehungen pro Minute drei Liter Blut. Das sind 60 Prozent der Pumpleistung eines gesunden, faustgroßen Herzens.

Oft versuchen die Ärzte nach einem Infarkt oder einer Herzmuskel-Entzündung vergeblich, das kranke Organ mit Medikamenten wieder auf Touren zu bringen. Indes weiß man aus der Erfahrung mit künstlichen Pumpen, dass das Herz langsamer schlägt und besser durchblutet wird, wenn man ihm die Arbeit abnimmt. Es kann sich dann sogar dauerhaft erholen.

Zudem bildet sich nach einem Infarkt weniger Narbengewebe, womit die Überlebenschancen der Patienten erheblich steigen. In solchen Fällen könnte die entfaltbare Minipumpe sehr viel schonender als bisherige Pumpsysteme eingesetzt werden.

Nach Einschätzung von Schmitz-Rode könnte sie künftig das Mittel der Wahl sein, um die Intensivbehandlung von Herzpatienten mechanisch zu unterstützen.

Indes erlaubt die extreme Drehzahl des Pumpenrotors bisher Laufzeiten von höchstens sechs Stunden. Ein weiteres Problem: Der Rotor zerstückelt die Blutzellen. Allerdings zeigen Labortests, dass die Blutschädigung gering bleibt.

Pfeffer ist jedoch vorsichtig: „Anders als im Labor könnte im Organismus die Blutgerinnung aktiviert werden. Das können wir erst ausschließen, nachdem wir die Pumpe im Tierherzen getestet haben.”

Derzeit wollen die Forscher die Laufzeiten und die Pumpleistung erhöhen, ohne die Blutschädigung anzufachen. Ein Spagat, bei dem sie der Strömungsforscher Dr. Christoph Brücker vom Aerodynamischen Institut der RWTH unterstützt.

Brücker platziert die Minipumpe in eine transparente Testflüssigkeit, die fluoreszierende Partikel enthält und gleiche Strömungseigenschaften wie Blut hat. Mit einer trickreichen Laseranordnung und einer Hochgeschwindigkeitskamera schießt er Aufnahmen vom Strömungsfeld in der Nähe des Pumpenrotors.

Daraus kann er schließlich ableiten, wie Joachim-Georg Pfeffer die Rotorgeometrie verfeinern muss. Mit Hilfe solcher Strömungsmessungen will das Team die Minipumpe bis zum Jahreswechsel einen großen Schritt nach vorne bringen.

Doch bereits jetzt kann die interdisziplinäre Gruppe um Schmitz-Rode, Pfeffer und Brücker einen Erfolg verbuchen. Denn jüngst wurde ihr Erfindergeist gewürdigt: Die 1997 gegründete Holste-Stiftung bewilligte 34 000 Euro für das Projekt. Davon wird Brücker eine Hightech-Kamera für die strömungstechnische Auslegung der Miniblutpumpe kaufen.