Wie Chemie, Biologie und Medizintechnik Herzpatienten vor weiteren Operationen bewahren könnte
Die Wissenschaftlerin des DWI – Leibniz-Institut für interaktive Materialien Miriam Al Enezy-Ulbrich arbeitet interdisziplinär mit den Wissenschaftlerinnen Svenja Wein und Hanna Malyaran des Uniklinikums Aachen zusammen daran künstliche Herzklappen zu entwickeln. Im speziellen widmen sich die Wissenschaftlerinnen funktionellen Fibrin-basierten Hydrogelen zur Steuerung der Interkation von Zellen mit Biomaterial in biohybriden kardiovaskulären Implantaten.
Herzerkrankungen sind eine typische Volkskrankheit und betreffen über 3 Millionen Menschen in Deutschland. Dies zeigt die Relevanz der Thematik für alle Altersklassen und ist Al Enezy-Ulbrichs, Weins und Malyarans Antrieb an modernen Alternativen für einen Herzklappenersatz zu forschen. Jeder hat mit Sicherheit schon von Schweine-, Rinderherz- oder mechanischen Klappen als Ersatz gehört, hier ist die Biokompatibilität jedoch eingeschränkt. Die Forscherinnen würden gerne eine individuell an den Körper des Patienten angepasste Lösung bieten.
Das Projekt – An den Patienten angepasste biohybride Herzklappe
In dem Teilprojekt „Funktionelle Fibrin-basierte Hydrogele zur Steuerung von Zell/Biomaterial Interaktionen in biohybriden kardiovaskulären Implantaten“ des Paketantrags 961 „Towards a model‐based control of biohybrid implant maturation”, welches von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird, geht es um die Entwicklung einer biohybriden Herzklappe. Dabei wird der Einfluss modifizierter Hydrogele auf die Differenzierungseigenschaften der patienteneigenen Stammzellen bis hin zu Muskelzellen untersucht.
Am DWI werden, unter Leitung von Prof. Dr. Andrij Pich, Fibrin-basierte Hydrogele mit funktionalen, synthetischen Copolymeren, die als Wachstumsbasis für die Stammzellen dienen, modifiziert. Diese Modifikation führt zu festeren Gelen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften, die einen direkten Einfluss auf das Differenzierungsverhalten der Zellen haben. Jener Einfluss wird in der Arbeitsgruppe Stammzellen und Tissue Engineering, geleitet von von Prof. Dr. Sabine Neuß-Stein im Uniklinikum Aachen, untersucht. Die Wissenschaftlerinnen konnten nachweisen, dass die modifizierten Gele biokompatibel sind und deutlich langsamer degradieren als reine Fibringele. Dies sorgt für eine längere Haltbarkeit des Konstruktes und bietet somit eine optimierte Wachstumsbasis für die patienteneigenen Stammzellen. Die Vorteile davon sind eine höhere Lebensdauer der Herzklappe im Vergleich zu aktuell kommerziell verfügbaren Implantaten sowie ein vermindertes Verkalkungs- und Thromboserisiko.
Zukunftsvision – Sorgenfreieres Leben trotz Herzerkrankung?
Die „Tissue Engineered“ Herzklappe soll speziell auf den Zelltyp der Patienten zugeschnitten sein, sodass sich in Zukunft die Abstoßreaktionen des Körpers so vermindern lassen sollen. Die Anzahl der Operationen bei herzkranken Menschen soll so reduziert werden können. Des Weiteren ist es möglich, dass die Patienten ein beschwerdefreieres Leben führen können. Die größtmögliche Lebensqualität der Patienten steht im Fokus. „Unsere Forschung kann zukünftig hoffentlich die operative Medizin im Bereich Kardiologie deutlich verbessern und eine adäquate Alternative zum herkömmlichen Ersatz bieten“, so die drei.
Ihre Arbeit zum Thema „Funktionelle Fibrin-basierte Hydrogele zur Steuerung von Zell/Biomaterial Interaktionen in biohybriden kardiovaskulären Implantaten“ ist im Journal Advanced Funtional Materials erschienen. Den Originalartikel finden Sie hier.