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Medizin

Pädiatrie: Im Labor hergestellte Herzklappen wachsen bei Lämmern mit

Mittwoch, 12. Mai 2021

Kunstherz aus einem 3-D-Drucker/picture alliance, Nir Alon

Minneapolis– Eine künstliche Pulmonalklappe, die US-Forscher im Labor mit Hilfe von Fibroblasten in einer Passform aus einem Fibringel hergestellt haben, wurde nach der Implantation in Lämmer von den körpereigenen Zellen der Tiere besiedelt, was laut der Studie in Science Translational Medicine (2021; DOI: 10.1126scitranslmed.abb7225) zur Folge hatte, dass die Herzklappe sich dem zunehmenden Durchmesser der Pulmonalarterie beim Wachstum der Tiere anpasste.

Die Herzklappe könnte Kindern mit angeborenen Herzfehlern viele Nachoperationen ersparen, die heute noch bis zum Erreichen der vollen Körpergröße notwendig sind.

Die bisher verfügbaren Herzklappen vergrößern sich nicht mit dem Wachstum der Kinder und müssen deshalb mehrmals ausgetauscht werden. Hinzu kommt, dass die Klappen aus chemisch behandeltem Tiergewebe zu Verkalkungen neigen. Bei den betroffenen Kindern sind häufig bis zu 5 (oder mehr) Operationen am offenen Herzen notwendig, bevor sie im Erwachsenenalter eine mechanische Klappe erhalten. Danach müssen sie lebenslang mit Antikoagulanzien behandelt werden.

Die Herzklappen, die Robert Tranquillo und Zeeshan Syedain von der Universität von Minnesota in Minneapolis entwickelt haben, könnten im Idealfall die häufigen Operationen überflüssig machen und die Kinder später von der Notwendigkeit einer lebenslangen Antikoagulation befreien.

Die Herzklappen kombinieren Prinzipien des Tissue Engineering und der regenerativen Medizin. Aus­gangs­material sind bovine Fibroblasten, die aus einer Hautbiopsie entnommen und im Labor ange­züchtet werden. Die Vermehrung erfolgt in einer Fibrinmatrix, die so geformt ist, dass sich später daraus eine Herzklappe bilden lässt. Die Fibroblasten werden dazu angeregt, Kollagenfasern herzustellen, die das Grundgerüst für die Herzklappe bilden. Wenn sich ein stabiles Bindegewebe ausgebildet hat, werden die Klappen geformt.

Vor der Operation werden die Fibroblasten aus der Herzkappe entfernt. Dies ist notwendig, weil sie sonst nach der Implantation eine Abwehrreaktion des Immunsystems auslösen würden. Das feste Gewebe der Kollagenfasern, die bei Mensch und Tier weitgehend identisch sind, werden dagegen akzeptiert. Nach der Operation ist zunächst noch eine Antikoagulation mit Heparin notwendig, bis die Herzklappe mit dem Endothel überwachsen ist.

Die jetzt vorgestellten tierexperimentellen Ergebnisse zeigen, dass die Klappen auch im Inneren von Zellen des Empfängers besiedelt werden und zwar von Fibroblasten, die die Herzklappe regelmäßig erneuern und dabei dem Größenwachstum des Tieres anpassen.

Die Experimente wurden an Lämmern im Alter von 15 Wochen durchgeführt. Danach wurden die Tiere über 52 Wochen beobachtet. Wie die Forscher jetzt berichten, ist es in dieser Zeit tatsächlich zu einem Wachstum der Pulmonalklappen gekommen. Der Durchmesser nahm von 19 auf etwa 25 mm zu.

Bei der 1. Klappengeneration kam es noch zu einem ungleichmäßigen Wachstum, das bei der 2. Klappen­generation vermieden wurde. Hier kam es nur noch zu einer minimalen Regurgitation und zu einem geringen Druckabfall in der Systole, was für eine gute Abdichtung spricht. Auch die Neigung zur Verkalkung ist laut der Publikation gering. Ein weiterer Vorteil der Dezellulierung ist, dass die Klappen im Prinzip lagerfähig sind und auf Vorrat hergestellt werden könnten.

Die Forscher planen zunächst weitere tierexperimentelle Studien, um die Hämodynamik näher zu unter­suchen. Für die nächsten Jahre werden erste klinische Studien anvisiert, zu denen die US-Arzneimittel­behörde FDA jedoch noch ihre Zustimmung erteilen muss. Die beiden Forscher haben für die klinische Forschung bereits die Firma Vascudyne gegründet. © rme/aerzteblatt.de

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