Ventricular Assist Device (VAD): "Die Systeme sind in den letzten Jahren deutlich kleiner geworden"

Es ist bereits mehr als 30 Jahre her, dass in den USA ein erstes "Kunstherz" eingesetzt wurde. Eine Sensation, wenngleich der Patient nicht lange (112 Tage) damit lebte. Doch auf ihn folgten weitere, hauptsächlich mit dem Ziel, die Zeit bis zu einer lebensrettenden Herztransplantation zu überleben. Wenn es nach den Forschern geht, soll sich dies ändern: Das Kunstherz soll zur Alternative werden!

Herr Prof. Falk, Sie forschen derzeit im Projekt "ZurichHeart" an der Entwicklung eines neuen Kunstherzens. Teil des Projektes ist auch die Überarbeitung bisheriger „Ventricular Assist Devices“ (VAD). Welche Probleme treten bei diesen Medizinprodukten derzeit noch auf?

Volkmar Falk: Ein Problem ist die derzeit noch notwendige Blutverdünnung, für die Patienten regelmäßig Medikamente nehmen müssen. Ohne Blutverdünner kann es in den Systemen, die derzeit verwendet werden, zur Blutgerinnselbildung kommen. Unter der der Blutverdünnung können zum Teil schwere Blutungskomplikationen auftreten. Wenn die Medikamente nicht eingenommen werden, können sich Thromben in der Pumpe bilden. Diese führen zu Systemstörungen und können Ausfälle bewirken. Dem versuchen wir zu begegnen, indem wir die Oberflächen in den Pumpen bezüglich Material und Struktur verändern und indem wir versuchen, mit verschiedenen Optimierungen die blutzellschädigende Wirkung der Systeme zu verbessern.

Wie gelingt dies?

Falk: Es scheint, dass vor allem die „Shear Stress Gradienten“, also der Unterschied zwischen sehr hohem und sehr niedrigem „Shear Stress“, zu Zelluntergängen und -schädigungen führen kann. Deswegen versuchen wir ein Pumpendesign zu entwickeln, das dies vermeidet. Ein weiteres Problem, das wir angehen, ist die Thrombenbildung an der Einlasskanüle. Hier könnte durch eine Änderung der Topografie – also der Oberflächentextur –  ein Einwachsen von Endothelzellen erreicht werden, sodass die Gefahr für eine Thrombusbildung geringer ist. Das prüfen wir.

Wie interdisziplinär arbeiten Sie?

Falk: Das Team besteht aus Medizinern, Ingenieuren, Biologen, Medizintechnikern und Informatikern – sie arbeiten in unterschiedlichen Departments der Universität Zürich und der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich. Wir treffen uns regelmäßig, tauschen uns aus und besprechen die Ergebnisse.

Wie kann man sich den Weg von der Idee hin zum ersten Test vorstellen?

Falk: Wir verfolgen verschiedene Aufgabenstellungen. Neben dem neuen Design der Pumpe, Fragen der Regelungstechnik oder Einsatz von Sensoren beschäftigen wir uns zum Beispiel auch mit Problemen der Versorgungsleitung, der sogenannten „Driveline“, einem Zuleitungskabel, das aus dem Bauch heraus zum Controller und den Batterien führt. Es gibt häufig das Problem, dass sich von der Körperaustrittsstelle aus Infektionen ausbreiten, wodurch es zu schweren Komplikationen kommen kann. Hier überprüfen wir, ob eine Modifikation oder Beschichtung der Oberfläche das Infektionsrisiko senken kann. Je nach klinischer Fragestellung, involvieren wir in einem interdisziplinären Ansatz unterschiedliche Abteilungen, die sich mit verschiedenen Methoden dem Problem nähern.

Arbeiten Sie derzeit schon mit Firmen zusammen?

Falk: Wir beobachten natürlich die Ansätze der anderen. Einen Weg, den wir ebenso wie die Industrie verfolgen, ist die Optimierung der transkutanen Energieübertragung. Wir arbeiten sehr eng mit dem Department für Elektrotechnik zusammen und haben eigene Ideen entwickelt, wie ein „TET“-System idealerweise aussehen könnte. Natürlich sollte man ab einem gewissen Punkt in den Dialog mit der Industrie gehen, um zu sehen, ob diese Entwicklungen für die Hersteller interessant sind.

Sie erleben in Ihrem Beruf auch die Benutzer der VADs. Welche Überarbeitung der Geräte konnte die Lebensqualität der Patienten wirklich beeinflussen?

Falk: Die Systeme sind in den letzten Jahren deutlich kleiner geworden, wodurch sie leichter zu implantieren sind. Die Pumpen sind nun elektromagnetisch gelagert, wodurch der mechanische Verschleiß geringer ist. Darüber hinaus sind sie energieeffizienter geworden – das schont die Batterien. Und auch die Batterielebensdauer ist besser geworden. So konnte die Lebensqualität der Patienten deutlich verbessert werden. Wesentliche Probleme sind aber nach wie vor nicht gelöst und wir hoffen mit unserer Forschungsarbeit hierzu beitragen zu können.