Göttinger Wissenschaftler setzen sich mit ihrer Idee eines schmerzfreien Defibrillators im Wettbewerb „Gründungsoffensive Biotechnologie“ des BMBF durch und erhalten zwei Millionen Euro.
Mehr als 100.000 Menschen sterben in Deutschland jährlich am plötzlichen Herztod, der durch Kammerflimmern verursacht wird. Damit es soweit nicht kommt, kann ein implantierter Defibrillator das Herz mit einem kräftigen Stromschlag zurück in den Takt bringen. Doch der Stromschlag kann nicht nur lebensrettend, sondern auch äußerst schmerzhaft und gewebeschädigend sein. Viele Betroffene leben in ständiger Angst vor dem nächsten Schock.
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation (MPIDS) und der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) entwickeln deshalb eine schonendere Methode. Die Niedrig-Energie-Defibrillation kommt mit deutlich niedrigeren Energien aus und hat sich bereits in ersten Tiermodellen bewährt. Die Gründungsoffensive Biotechnologie, eine Initiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF), hat die Forscher um Prof. Dr. Stefan Luther vom MPIDS gestern in Berlin ausgezeichnet und fördert ihr Vorhaben in den nächsten zweieinhalb Jahren mit zwei Millionen Euro
Bisher: Mit hoher Spannung in den gewohnten Takt
Wenn das Herz bei Kammerflimmern aus dem Takt gerät, gibt es bisher nur eine Hoffnung: ein kräftiger Stromschlag entweder von einem externen Defibrillator oder – bei Patienten mit chronischem Leiden – von einem implantierten Gerät. Mediziner sprechen in letzterem Fall von einem sogenannten implantierten Cardioverter-Defibrillator (kurz: ICD). Spannungen von bis zu 400 Volt zucken dann durch den Herzmuskel, beenden das Flimmern und erlauben dem Herzen, anschließend wieder in den gewohnten Takt zu finden. „Obwohl lebensrettend, ist dies für viele Patienten ein traumatisches Ereignis“, berichtet Prof. Dr. Gerd Hasenfuß, Direktor der Abteilung Kardiologie und Pneumologie der Universitätsmedizin Göttingen und Vorstandsmitglied des Deutschen Zentrums für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK). Die Angst vor dem nächsten Schlag wird für viele zudem zu einer ständigen Belastung. Viele Patienten leiden als Folge unter Depressionen und Panikattacken.
Wissenschaftler aus Göttingen wollen in den nächsten Jahren beweisen, dass es auch anders geht. Das Team aus Physikern und Medizinern betrachtet das Herz aus einem völlig neuen Blickwinkel. „In einem ersten Schritt wollten wir zunächst verstehen, was genau bei Herzflimmern geschieht“, erklärt Prof. Dr. Eberhard Bodenschatz, Geschäftsführender Direktor des MPIDS, den Ansatz. Dabei zeigte sich, dass sich die elektrischen Signale in diesem Zustand turbulent in spiralförmigen Wellen über den Herzmuskel ausbreiten. Der Herzmuskel kann sich deshalb nicht mehr rhythmisch zusammenziehen und den Körper mit frischem Blut versorgen. In einem zweiten Schritt nutzen die Forscher die Eigenschaften des Herzens selbst, um diesen unerwünschten Zustand zu beenden.
Auch schwache Stromstöße führen zum Ziel
Bisherige Methoden der Defibrillation hingegen erinnern an das Rebooten eines Computers: Ein kräftiger Stromschlag legt alle Herzzellen gleichzeitig lahm; die chaotischen Wellen können sich nicht weiter ausbreiten. Danach findet das Herz von selbst in den gewohnten Takt zurück. „Wir konnten zeigen, dass auch eine Abfolge deutlich schwächerer und somit schonenderer Pulse zum Ziel führen kann“, erklärt Prof. Dr. Stefan Luther, der das Projekt leitet. Denn mit gepulsten, schwachen elektrischen Feldern können natürliche Inhomogenitäten im Herzen – etwa Blutgefäße, Fett- oder Bindegewebe – angeregt werden, die so zum Ausgangspunkt für geordnete Wellenfronten werden. Innerhalb weniger Sekunden verdrängen diese die chaotischen Erregungswellen. Das Herz hat sich – mit ein wenig Unterstützung von außen – selbst geholfen.
Schon jetzt hat sich die Methode bei Vorhofflimmern im Tiermodell bewährt. Die notwendigen Energien waren mehr als 80 Prozent niedriger als bei herkömmlicher Defibrillator-Technologie. Zudem ist es den Forschern jüngst gelungen, anhand von Simulationen die Stellen im Herzen genau zu identifizieren, die bei der Niedrig-Energie-Defibrillation Ausgangspunkte für geordnete Wellen sind. „Diese Ergebnisse werden es uns ermöglichen, die Energie für unser Defibrillationsverfahren noch weiter zu reduzieren“, so Projektleiter Luther. „Hierfür ist es insbesondere notwendig, die komplexen dynamischen Prozesse während des Kammerflimmerns und die Wechselwirkung mit den Pulsen noch besser zu verstehen“, ergänzt Prof. Dr. Ulrich Parlitz vom MPIDS.
Niedrig-Energie-Defibrillator für den Markt
Durch das Preisgeld sehen sich die Forscher nun in der Lage, ihre Idee konsequent voranzutreiben. Ziel ist es, innerhalb der nächsten Jahre die wissenschaftlichen und technischen Voraussetzungen für eine Unternehmensgründung in Deutschland zu schaffen und so den Niedrig-Energie-Defibrillator langfristig auf den Markt zu bringen. „Bevor wir jedoch mit ersten klinischen Studien beginnen können, sind zunächst sorgfältige Tests am Tiermodell erforderlich“, so Prof. Dr. Markus Zabel, Leiter des Schwerpunktes Klinische Elektrophysiologie der Abteilung Kardiologie und Pneumologie der Universitätsmedizin Göttingen.
Die Gründungsoffensive Biotechnologie (GO-Bio) ist eine Initiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Projektträger ist das Forschungszentrum Jülich. GO-Bio fördert seit 2007 Projekte aus der Grundlagenforschung, die anwendungsbezogen sind und eine kommerzielle Verwertung zulassen. Das BMBF will damit wissensbasierte Firmengründungen unterstützen und als Beschäftigungsmotor nutzen. In diesem Jahr hat das Auswahlgremium fünf Forschergruppen aus 63 Bewerbungen zur Förderung ausgewäht.
Low-energy control of electrical turbulence in the heart.
Nature, doi: 10.1038/nature10216.
Negative Curvature Boundaries as Wave Emitting Sites for the Control of Biological Excitable Media
Phys. Rev. Lett., doi: 10.1103/PhysRevLett.109.118106
Kontakt:
Dr. Birgit Krummheuer
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation
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E-Mail: birgit.krummheuer@ds.mpg.de
Prof. Dr. Stefan Luther
Projektleiter Herzdynamik
Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation
Tel.: 0551 5176-370
E-Mail: stefan.luther@ds.mpg.de
URL: www.bmp.ds.mpg.de
Quelle: Pressemitteilung des MPIDS