CD-Labor for Mechanische Kreislaufunterstützung

Das CD-Labor für Mechanische Kreislaufunterstützung erforscht die Interaktion zwischen implantierbaren Blutpumpen zur Herzunterstützung und pädiatrischen Patient*innen mit versagenden Herzen. Eine optimierte Interaktion soll Komplikationen vermeiden, Lebensqualität steigern und eine Erholung des Herzens und somit Heilung von Patient*innen fördern.

Die linksventrikuläre (auf die linke Herzkammer bezogene) Herzunterstützung mit implantierbaren Blutpumpen hat sich in den letzten Jahrzehnten für erwachsene Herzinsuffizienz-Patient*innen zu einer Standardtherapie für die Überbrückung zur Herztransplantation oder gar als permanente Unterstützung entwickelt. Bei pädiatrischen Patient*innen sind die anatomischen und physiologischen Gegebenheiten herausfordernd: Durch die kleine Größe und niedrigen Pumpenflüsse ist die Interaktion zwischen den Patient*innen und der Pumpe komplexer. Daher stehen für Kinder mit Herzinsuffizienz derzeit nur nicht-implantierbare, temporäre Pumpensysteme zur Verfügung.

Ziel dieses CD-Labors ist, die mechanische Kreislaufunterstützung für Kinder in eine Langzeit-Behandlungsoption mit niedriger Komplikationsrate bei gleichzeitiger Förderung einer Herzerholung zu überführen. Zu diesem Zweck wird an drei Hauptaspekten geforscht: Biomechanik des Herzens, Hämodynamik und Hämokompatibilität.

Biomechanik des Herzens: Um die Erholung eines versagenden Herzens zu fördern, wird der Einfluss bestehender und neuartiger Herzunterstützungssysteme auf die Biomechanik und Erholung des Herzens in einem neuartigen, validierten pädiatrischen Tiermodell untersucht. Darüber hinaus werden innovative Systeme erarbeitet, welche Ärzt*innen über die Herzfunktion der Patient*innen informieren und somit die komplexe Entscheidungsfindung, ob eine Explantation der Pumpe möglich ist, unterstützen.

Hämodynamik: Aus den verfügbaren Signalen einer implantierten Pumpe lassen sich eine Reihe hämodynamischer Informationen ableiten. Diese werden mit Daten von implantierbaren Sensoren kombiniert, um die Pumpleistung automatisch an den Bedarf der Patient*innen anzupassen. Ein bekanntes Risiko der linksventrikulären Herzunterstützung ist das zusätzliche Versagen des rechten Ventrikels. Daher wird besonderes Augenmerk auf die Interaktion zwischen dem rechten und dem unterstützten linken Ventrikel gelegt: Anhand eines neuartigen isolierten Herzmodells wird das Zusammenspiel der Herzhälften untersucht und optimiert.

Hämokompatibilität: Durch die implantierte mechanische Pumpe können Blutbestandteile geschädigt und thromboembolische Komplikationen verursacht werden. Deshalb wird der Zusammenhang zwischen Blutschädigung und Pumpeneigenschaften untersucht und die Blutströmung an der Schnittstelle zwischen Ventrikel und Pumpe optimiert.

Alle Erkenntnisse des CD-Labors werden in ein numerisches Modell des kardiovaskulären Systems implementiert, mit dem ein breites Spektrum virtueller Patient*innen simuliert werden kann. Basierend auf diesen Daten wird eine optimale Strategie zur Herzunterstützung abgeleitet, welche Komplikationen vermeidet, Lebensqualität steigert und in möglichst vielen Fällen eine Erholung des Herzens fördert. Diese Strategie wird schlussendlich im chronischen Tiermodell auf ihre Sicherheit und Wirksamkeit untersucht.

Die Forscher*innen dieses CD-Labors arbeiten auf die Ermöglichung der Anwendung von implantierbaren Blutpumpen als kurative Therapie mit geringer Komplikationsrate bei Kindern hin, was sehr hohe wissenschaftliche, medizinische und sozioökonomische Relevanz besitzt.