Einen gewissen Sinneswandel löste erst der Frankfurter Arzt Ludwig Rehn aus, der 1896 eine Stichverletzung am Herzen eines Patienten genäht und ihm so das Leben gerettet hatte. Dennoch blieben Patienten, die unter einem schwachen Herzen, einer chronischen Herzinsuffizienz litten, bis weit in die zweite Hälfte des 20. Jahrhunderts zur Passivität gezwungen und waren meist dem Tode geweiht. Die Ärzte Charles Guthrie und Alexis Carrel wagten sich 1905 auf das verbotene Terrain und verbanden das Herz eines Hundes mit den Halsgefäßen eines anderen Hundes. Bis aber dem südafrikanischen Chirurgen Christiaan Barnard 1967 die erste Transplantation eines Herzens von Mensch zu Mensch glückte, vergingen sechs weitere Jahrzehnte. LouisWashkansky, damals 54 Jahre alt und schwer herzkrank, lebte 18 Tage langmit demHerzen einer 24-Jährigen, die bei einem Unfall ums Leben gekommen war.

Heute, gut 40 Jahre später, gehören Herztransplantationen (fast) zum medizinischen Standard, und 70 bis 80 Prozent der Organempfänger leben auch fünf Jahre nach der Operation noch. Eine hoffnungsvolle Entwicklung, die jedoch längst an ihre Grenzen gestoßen ist. Denn den etwa 3500 Spenderherzen, die pro Jahr weltweit zur Verfügung stehen, stehen mindestens 150 000 bis 200 000 Patienten gegenüber, die dringend ein Spenderherz bräuchten. Ein Dilemma, aus dem Professor Ulrich Steinseifer, der Leiter des Lehr- und Forschungsgebiets Kardiovaskuläre Technik am Institut für Angewandte Medizintechnik im Helmholtz- Institut der RWTH, und seine Kollegen womöglich einen Ausweg gefunden haben.

Die Aachener Maschinenbauingenieure entwickeln mit Aachener Medizinern ein vollimplantierbares Kunstherz, das sich in einigen Jahren so harmonisch in den Körper eines herzkranken Menschen einfügen könnte, dass es ihm ein (fast) normales Leben ermöglicht.

 

Den Maßstab für diese Entwicklung setzt das natürliche Vorbild, das gerade einmal 300 bis 350 Gramm schwer, pro Minute rund fünf Liter Blut durch den menschlichen Körper pumpt – und das ein Leben lang. „Um diese Leistung vollbringen zu können, muss ein Kunstherz vier Kriterien erfüllen: Es muss dauerfest sein und biokompatibel, eine optimale Geometrie besitzen und aus optimalen Werkstoffen bestehen“, sagt Steinseifer. Kunstherzen, die ihre natürlichen Vorbilder in ihrer Funktion komplett ersetzen können, sind schon heute keine Seltenheit mehr. Das „Cardiowest“ beispielsweise wird regelmäßig eingesetzt, vollimplantierbar ist es aber nicht. Zwar lässt sich der Muskelersatz selbst im Brustkorb des Menschen unterbringen, der Antrieb aber befindet sich außerhalb des Körpers: mit der Konsequenz, dass Schläuche vom Inneren des Körpers nach außen führen und keine Haut den Körper verschließen kann. Auch das „Cardiowest“, ausschließlich als Überbrückung bis zu einer Herztransplantation gedacht, schenkt den Patienten wertvolle Lebenszeit und Hoffnung. „Sie können sich aber nur eingeschränkt bewegen, nicht richtig duschen oder baden“, weiß Steinseifer. Die offenen Stellen am Körper bedeuten immer auch eine Infektionsgefahr. Die Aachener Forscher suchten also nach einer Möglichkeit, den Antrieb des Kunstherzens vollständig in den Körper zu integrieren.

 

 

Den Schlüssel zum Erfolg liefert das Prinzip der Induktion: Ähnlich wie bei einer modernen elektrischen Zahnbürste wird die Kraft durch die Haut ins Innere des Körpers geschickt und aktiviert dort den elektromagnetischen Antrieb, der eine nahezu berührungslose und damit verschleißfreie Übertragung der Kraft ermöglicht. Bislang brauchte der Antrieb allerdings recht viel Strom und wurde schnell heiß, ein Umstand, der die Funktionstüchtigkeit des Kunstherzens im menschlichen Körper schnell außer Kraft gesetzt hätte. Schließlich würde eine erhöhte Temperatur nicht nur das Blut, sondern auch das umliegende Gewebe, in das das Kunstherz eingebettet ist, dauerhaft schädigen. „Unsere Zielvorgabe ist also, einen Antrieb zu entwickeln, der so effizient wie möglich arbeitet und weniger als 20 Watt produziert“, erklärt Steinseifer. Am Computer haben Steinseifers Kollegen vom Institut für elektrische Maschinen einen solchen Antrieb schon simuliert, eine noch weiter optimierte Variante könnte sogar mit zwölf Watt arbeiten.

Überhaupt scheinen die Aachener Ingenieure, was das Kriterium der Dauerfestigkeit betrifft, auf einem guten Weg. Der Prototyp des Antriebs besteht heute gerade einmal aus zwei Bauteilen, einer Spule, die sich hin- und herbewegt und einer Feder, die zur Stromversorgung der Spule dient. Dabei drohte das Projekt noch vor wenigen Jahren gerade am Kriterium der Dauerfestigkeit zu scheitern. Ein Vorläufer des heutigen Aachener Kunstherzens bestand damals aus 37 Bauteilen – zu viele, um die Dauerfestigkeit wirklich garantieren zu können. „Denn mit jedem Bauteil“, weiß Steinseifer, „steigt auch das Risiko, dass etwas kaputtgehen oder verschleißen könnte.“ Und jeder Defekt könnte tödlich sein.

Vielleicht ist es aber das Blut, das die Ingenieure vor die größten Herausforderungen gestellt hat. Wenn es ein Material als fremd erkennt, dann setzt es sich daran fest, gerinnt und schottet die betroffene Körperstelle damit ab. Diese Eigenschaft, des Blutes, die bei Verletzungen lebensrettend ist, bewirkt in einem Kunstherz das Gegenteil. An der Oberfläche des Kunstherzens bilden sich Blutgerinnsel, die – wenn sie sich lösen – im Körper lebensgefährliche Embolien auslösen. Die Forscher mussten also ein anderes Material finden, eines, das vom Blut nicht als fremd erkannt wird und selbst keinen Einfluss auf die Beschaffenheit des Blutes hat. Bioenert nennt der Fachmann das, und Polyurethan ist so ein Material. Deshalb haben die Aachener Ingenieure alle Teile, die mit Blut in Berührung kommen, auch aus Polyurethan gefertigt.

Und dann wäre da noch die Geometrie des Kunstherzens, die zugleich dem Körper und dem Kreislauf des Blutes angepasst werden muss. Was den Körper betrifft, so muss sich das Kunstherz so in den Brustkorb einfügen, dass die Zu- und Abläufe nicht verdrängt, gewunden oder gar geknickt werden. Das Aachener Kunstherz soll einmal in 80 Prozent aller Menschen passen. Um dieses Ziel zu erreichen, sollen die beiden künstlichen Herzkammern während der Operation noch leicht gegeneinander verschoben werden können. Vor ein paar Jahren sah es einmal so aus, als müssten die Aachener Forscher um Institutsleiter Professor Thomas Schmitz-Rode ihre Hoffnung weckenden Forschungen wieder einstellen. Die wenigen Mittel, die zur Verfügung standen, reichten bei weitem nicht, um die umfangreichen Optimierungsarbeiten voranzubringen. Neue Hoffnung für das Aachener Projekt brachte Professor Reiner Körfer, der ehemalige Ärztliche Direktor des nordrhein-westfälischen Herz- und Diabeteszentrums Bad Oeynhausen. Er stellte 700 000 Euro aus privaten Spenden und Einnahmen von Benefizveranstaltungen zur Verfügung und hielt das Projekt damit am Leben. Deswegen wird das Kunstherz in Anlehnung an seinen Vornamen „Reinheart“ genannt. Seit April wird das Aachener Modell nun auch von der öffentlichen Hand gefördert: „Erstmals können Menschen, die an einer chronischen Herzschwäche leiden, auf eine dauerhaft verbesserte körperliche Leistungsfähigkeit hoffen – unabhängig von der ungewissen Hoffnung auf eines der viel zu knappen Spenderherzen“, sagte NRW-Gesundheitsminister Karl-Josef Laumann (CDU), als er in Bad Oeynhausen Bewilligungsbescheide für Mittel in Höhe von 4,3 Millionen Euro überreichte. 1,9 Millionen stellt das Land selbst zur Verfügung, 2,4 Millionen Euro fließen aus EU-Fördermitteln in das Projekt.

 

 

Die Förderung erst ermöglicht hat die Erich- und Hanna-Klessmann-Stiftung um ihren Vorsitzenden Professor Reiner Körfer, die sich der Förderung von Wissenschaft und Forschung auf dem Gebiet der Herz- und Gefäßkrankheiten verschrieben hat. Sie sicherte den notwendigen Eigenanteil von gut 500 000 Euro zu, sodass in den kommenden Jahren 4,8 Millionen Euro zur Verfügung stehen.

Auch wenn Professor Steinseifer und sein Teamstets präklinische Studien ihrer Kollegen aus der Medizin berücksichtigen, möglichst vieles am Computer simulieren oder in einem Modell nachempfinden, können sie doch nie wirklich genau vorhersagen, wie eine ihrer Weiterentwicklungen im Organismus funktioniert. „Dafür ist der menschliche Organismus einfach zu komplex“, sagt Steinseifer. Auch den Blutkreislauf können die Forscher nur bedingt simulieren. Vier Mal haben sie daher einen Tierversuch unternommen. „Wir machen das aber nur, wenn es nicht anders geht“, sagt Steinseifer und versichert, dass das Team bei jedem Versuch enorm viel gelernt habe.