Biopacer: Ein mitwachsender Herzschrittmacher aus körpereigenem Gewebe

Johanna ist 13 Jahre alt und lebt seit ihrer Geburt mit einem Herzfehler. Mit sieben Monaten bekam sie ihren ersten Herzschrittmacher, weitere Eingriffe folgten im Alter von sechs und zehn Jahren. Die Narben am Bauch sind geblieben. Schwerer wiegt für sie offenbar oft der Moment davor: Das Legen des Zugangs vor einer Operation löst Angst und Panikattacken aus.

In Deutschland werden jedes Jahr rund 8.000 Kinder mit einem Herzfehler geboren. Etwa 100 von ihnen brauchen einen Herzschrittmacher. An der Uniklinik RWTH Aachen arbeitet ein Forschungsteam um den Medizintechniker Prof. Dr. Stefan Jockenhövel an einer Idee, die Kindern wie Johanna irgendwann weitere Operationen ersparen könnte: dem „Biopacer“.

Wenn der Schrittmacher zu klein wird

Ein Herzschrittmacher gibt elektrische Impulse ab, wenn das Herz zu langsam schlägt. So unterstützt er einen regelmäßigen Blutfluss. Moderne Geräte können die Stärke und Frequenz der Impulse programmieren, den Herzschlag bei körperlicher Belastung anpassen und die Herztätigkeit ähnlich wie ein EKG aufzeichnen. Störungen lassen sich speichern, eine kardiologische Überwachung ist per Telemedizin möglich.

Für kleine Kinderkörper sind die herkömmlichen Geräte trotzdem vergleichsweise groß, weil Batterie und Elektronik Platz brauchen. Die Batterie muss durchschnittlich alle vier bis sechs Jahre ausgetauscht werden. Bei wachsenden Kindern werden außerdem die Schrittmacherkabel zu kurz und müssen ersetzt werden. Für Carlton, gerade drei Monate alt, ist das keine ferne Theorie: Er wurde mit einem Herzfehler geboren, hat bereits drei Operationen überstanden und benötigt nun einen Herzschrittmacher. Laut der Stiftung KinderHerz könnten vor seinem Erwachsenenalter bis zu fünf weitere Eingriffe nötig sein.

Das von der Stiftung KinderHerz finanzierte BioPacer-Projekt soll eine andere Lösung entwickeln. Ein biologisches Kabel könnte aus Carltons eigenen Zellen hergestellt werden, sein Herz stabilisieren und mit ihm mitwachsen. Die englische Fassung des Films zum Projekt wird auf der Seite „About Stiftung KinderHerz“ angeboten.

Lebendes Gewebe statt Elektronik

Beim Biopacer soll lebendes Gewebe die elektrische Reizleitung des Herzens übernehmen. Das Implantat wird aus körpereigenen Zellen entwickelt, soll elektrische Signale weiterleiten und sich in das Herzgewebe integrieren. Im Idealfall wächst es mit dem Kind mit. Spätere Operationen könnten dadurch seltener werden.

Das Projekt läuft seit etwa zehn Jahren, mehrere Forschungsphasen sind bereits abgeschlossen. Forschende entwickelten unter anderem aus menschlichen Zellen Strukturen für eine biologische Reizleitung. Bis zu einem sicheren Implantat für Kinder ist es allerdings noch ein langer Weg. Derzeit untersuchen sie vor allem die elektrische Funktion und die Sicherheit des Biopacers. Die langfristige Vision: ein Herzschrittmacher aus lebendem Gewebe, der mit dem Herzen eines Kindes wächst und wiederkehrende Operationen bei schweren Herzrhythmusstörungen vermeiden könnte.

Die Größenfrage ist dabei nur ein Teil der Belastung. Bei Johanna haben die Eingriffe Narben am Bauch hinterlassen, dazu kommt die Angst vor dem Zugang und vor dem, was danach passiert. Ein Gerät, das nicht nach einigen Jahren ausgetauscht werden müsste, würde also nicht bloß Operationspläne verändern.

Was angeborene Herzfehler bedeuten

Angeborene Herzfehler sind Fehlbildungen des Herzens oder seiner Gefäße. Dazu zählen Defekte der Herzscheidewand, Erkrankungen der Herzklappen und Fehlbildungen von Gefäßverbindungen. Sie gehören zu den häufigsten angeborenen Organfehlbildungen; Ausprägung und Schweregrad unterscheiden sich stark. Nach Angaben der Deutschen Herzstiftung werden in Deutschland jährlich etwa 8.700 Kinder mit einem angeborenen Herzfehler geboren. Das entspricht rund 1,1 Prozent der Lebendgeborenen, also ungefähr 24 Kindern pro Tag. Etwa jedes 100. Kind ist betroffen.

Das gesunde Herz hat vier Kammern: rechten und linken Vorhof sowie rechte und linke Herzkammer. Der rechte Vorhof erhält sauerstoffarmes Blut aus dem Körper, der linke Vorhof sauerstoffreiches Blut aus der Lunge. Die Vorhöfe leiten das Blut in die Kammern weiter; diese pumpen es in den Lungen- beziehungsweise Körperkreislauf. Organe und Gewebe bekommen dadurch Sauerstoff und Nährstoffe.

Oft lässt sich keine eindeutige Ursache feststellen. Während der embryonalen Herzentwicklung können Einzelgendefekte, Veränderungen der Chromosomenzahl, ein veränderter Blutfluss durch das Herz oder Veränderungen der Fruchtwasserbewegungen um das Herz eine Rolle spielen. Auch chronische oder akute Erkrankungen der Mutter während der Schwangerschaft, bestimmte Medikamente, Alkohol- oder Drogenkonsum und genetische Veranlagungen kommen als Faktoren infrage.

Manche Herzfehler bleiben zunächst symptomlos und werden erst später entdeckt. Andere machen sich kurz nach der Geburt bemerkbar – durch Atembeschwerden, Wachstumsstörungen, Lungenhochdruck oder Herzrhythmusstörungen. Medizinisch wird unter anderem zwischen azyanotischen und zyanotischen Herzfehlern unterschieden.

Bei azyanotischen Formen besteht meist ein Links-Rechts-Shunt: Sauerstoffreiches Blut gelangt durch einen Defekt in die rechte Herzhälfte. Rechter Vorhof, rechte Herzkammer und Lungenkreislauf werden dann mit zusätzlichem Blut belastet, langfristig kann Lungenhochdruck entstehen. Bei zyanotischen Herzfehlern fließt dagegen meist sauerstoffarmes Blut über einen Rechts-Links-Shunt in den Körperkreislauf. Haut und Schleimhäute können sich bläulich verfärben, die körperliche Belastbarkeit sinkt, Schwindel oder Ohnmacht sind möglich. Weil der Körper auf den Sauerstoffmangel mit mehr roten Blutkörperchen reagieren kann, wird das Blut zähflüssiger; gefährliche Thrombosen, unter anderem im Gehirn, können entstehen.

Vor der Geburt kann bei einem Verdacht eine fetale Echokardiographie helfen. Nach der Geburt gehören das Abhören der Herzgeräusche, ein Elektrokardiogramm (EKG) und die Pulsoxymetrie zur Diagnostik. Je nach Fragestellung kommen transthorakale Echokardiographie (TTE), transösophageale Echokardiographie (TEE, „Schluckecho“), Computertomographie (CT), Magnetresonanztomographie (MRT/NMR) oder eine Herzkatheteruntersuchung hinzu. Dabei lassen sich Druckwerte und Sauerstoffsättigung messen sowie Gefäße und Herzkammern darstellen.

Behandlung, Alltag und ein langer Forschungsweg

Ziel der Behandlung ist eine möglichst gute Blutzirkulation und Sauerstoffversorgung. Bei leichten Herzfehlern ist häufig kein Eingriff nötig, bei manchen Formen reicht eine medikamentöse Behandlung – etwa, um den Ductus arteriosus nach der Geburt offenzuhalten. Schwere Herzfehler müssen oft operiert werden, teilweise bereits im Säuglingsalter. Je nach Befund sind mehrere Eingriffe notwendig: Löcher können mit Nähten oder Patches verschlossen, Verengungen erweitert, Blutgefäße umgeleitet oder versetzt werden.

Katheterverfahren können bestimmte Operationen ersetzen, zum Beispiel beim Verschluss eines Vorhofseptumdefekts mit einem Implantat, einem sogenannten „Schirmchen“, oder bei der Erweiterung von Verengungen durch eine Ballondilatation. Welche Behandlung passt, hängt vom jeweiligen Herzfehler und den individuellen Voraussetzungen ab. Den meisten Kindern kann heute auch bei gravierenden Herzfehlern medizinisch geholfen werden. Mehr als 95 Prozent der Betroffenen erreichen inzwischen das Erwachsenenalter; in Deutschland leben etwa 350.000 Erwachsene mit angeborenem Herzfehler.

Der Ventrikelseptumdefekt (VSD) ist laut PAN-Studie der häufigste angeborene Herzfehler. Die häufigsten in der Übersicht der Herzstiftung sind: