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Medizin

Herz versorgt Schrittmacher mit Strom

Mittwoch, 24. April 2019

/Nature Communications, Zhong Lin Wang, Hao Zhang, Zhou Li

Peking – Chinesische Forscher haben einen Herzschrittmacher entwickelt, der ohne Batterie auskommt. Ein Prototyp hat laut einem Bericht in Nature Communications (2019; doi: 10.1038/s41467-019-09851-1) bei Schweinen genügend Energie erzeugt, um eine Sinusarrhythmie vorübergehend zu korrigieren.

Der Kern des „symbiotischen“ Herzschrittmachers, den ein Team um Zhou Li von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking vorstellt, ist ein implantierbarer triboelektrischer Nanogenerator (iTENG). Er besteht aus einer flächigen Platte aus mehreren Lagen verschiedener Metalle und Kunststoffe. Wenn die Platte gebogen wird, entsteht Reibungsenergie zwischen den einzelnen Lagen. Das Prinzip, das Thales von Miles als erster entdeckt haben soll, ist den meisten Menschen aus dem Physikunterricht in der Schule bekannt.

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Die Platten verbiegen sich, weil sie im Herzbeutel direkt auf dem Herzmuskel befestigt werden. Die erzeugte Energie wird direkt an einen Herzschrittmacher weitergeleitet, der deshalb keine Batterie benötigt.

Die Energie, die im iTENG erzeugt wird, ist mit 0,495 µJ zwar denkbar gering. Sie reichte allerdings aus, um einen Herzschrittmacher zu betreiben, den die Forscher Schweinen implantierten. Den Energiebedarf für die Stimulation des Reizleitungssystems der Schweine geben die Forscher mit 0,262 µJ an. Der iTENG würde auch genügend Energie für einen Herzschrittmacher beim Menschen liefern, bei denen 0,377 µJ benötigt würde, um durch regelmäßige Impulse einen Sinusrhythmus zu erzeugen.

Bei den Schweinen wurde eine Sinusarrhythmie erfolgreich behandelt. Dies gelang in dem Prototyp allerdings nur, nachdem der Kondensator über 63 Minuten aufgeladen wurde. Der Strom reichte dann nur für etwa 1 Minute.

Bevor an eine klinische Anwendung gedacht werden kann, sind deshalb noch deutliche Verbesserungen notwendig. Der klinische Wert wäre jedoch bedeutend. Weltweit gibt es Millionen von Patienten, die einen implantierten Herzschrittmacher haben. Die Geräte arbeiten sehr zuverlässig, doch alle paar Jahre ist ein Batteriewechsel erforderlich, der jedes Mal mit einem Infektionsrisiko verbunden ist.

Eine weitere Frage, die zunächst in vorklinischen Studien geklärt werden müsste, wäre die Dauerhaftigkeit des iTENG, der den ständigen Bewegungen des Herzmuskels ausgesetzt wäre, und das Infektionsrisiko für den Herzbeutel.

© rme/aerzteblatt.de

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