Myokardschäden Herzpflaster soll Gewebe regenerieren statt nur reparieren

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Ein Forschungsteam der ETH Zürich entwickelt ein biologisch integrierbares Herzpflaster, das Gewebeschäden regenerieren soll. Der RC-Patch kombiniert ein 3D-gedrucktes Gerüst, lebende Zellen und Hydrogel und löst sich vollständig auf. Erste Tierversuche waren bereits erfolgreich. Ziel ist die Anwendung bei Myokardschäden für vollständige Geweberegeneration.

Ein interdisziplinäres Forschungsteam der ETH Zürich und des Universitätsspitals Zürich unter Leitung von Professor Robert Katzschmann und Professor Omer Dzemali hat ein neuartiges, dreidimensionales Herzpflaster entwickelt. Dieses ist notwendig, wenn nach einem Herzinfarkt der Blutfluss zum Herzen unterbrochen ist, und der dadurch verursachte Sauerstoffmangel Schäden am Herzmuskel auslöst. In schweren Fällen kann dies zu einem Riss in der Herzwand führen, was einen sofortigen chirurgischen Eingriff erfordert. Bisher wurden solche Herzdefekte mit Pflastern aus Rinderherzbeuteln geschlossen, weil sie stabil, durchlässig und leicht zu implantieren sind.

Die derzeit verwendeten Rinderperikardpatches, kurz BPPs, haben erhebliche Nachteile: Sie sind biologisch inaktiv. Das bedeutet, sie bleiben als Fremdkörper im Herzen und können nicht abgebaut werden. Außerdem können sie unerwünschte Reaktionen wie Verkalkung, Thrombosen oder Entzündungen hervorrufen. „Bisherige Herzpflaster integrieren sich nicht in das Gewebe und bleiben dauerhaft im Körper. Mit unserem Patch wollten wir dieses Problem lösen und ein Pflaster schaffen, das sich in das bestehende Herzgewebe integriert“, erklärt Lewis Jones, Erstautor der Studie, die im Fachmagazin Advanced Materials erschienen ist.

Der neu entwickelte RC-Patch (Reinforced Cardiac Patch) könnte langfristig eine Alternative zu herkömmlichen Patches aus Rinderperikard werden: „Unser Ziel war es, ein Pflaster zu entwickeln, das einen Defekt nicht nur verschließt, sondern dazu beiträgt, diesen ganz zu beheben“, erklärt Katzschmann.

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Lebende Zellen sorgen für vollständige Integration in das Gewebe

Der neuartige RC-Patch hat viele Vorteile gegenüber dem Rinderperikard, da er aus drei Teilen besteht: einem feinmaschigen Netz, das den Schaden abdichtet, einem 3D-gedruckten Gerüst für Stabilität und einem Hydrogel, das mit Herzmuskelzellen besiedelt ist. Das Stützgerüst kann man sich als eine verwinkelte Gitterstruktur vorstellen, die aus abbaubaren Polymeren besteht. Die Forscher können diese im 3D-Drucker produzieren. „Das Gerüst ist stabil genug und bietet uns gleichzeitig die Möglichkeit, es mit einem Hydrogel mit lebenden Zellen zu füllen“, erklärt Jones.

Um die Gitterstruktur im Herzen gut anbringen zu können, haben die ETH-Forscher diese mit einem dünnen Netz kombiniert. Auch dieses Netz haben Katzschmann und sein Team mit dem gleichen Hydrogel angereichert. Dadurch kann sich der RC-Patch vollständig in das umliegende Gewebe integrieren und mit den Herzmuskelzellen verwachsen. „Der große Vorteil besteht darin, dass sich das Stützgerüst vollständig auflöst, nachdem die Zellen sich mit dem Gewebe verbunden haben. Es bleibt also kein Fremdkörper mehr übrig“, erläutert Jones.

Erster Tierversuch war erfolgreich

Ein erster Tierversuch zeigte, dass sich das Pflaster gut implantieren lässt, und dem hohen Druck im Herzen standhält. Den Forschern ist es dabei gelungen, Blutungen zu verhindern und die Herzfunktion wiederherzustellen. In präklinischen Tests an Schweinemodellen konnte der RC-Patch einen künstlich erzeugten Defekt in der linken Herzkammer erfolgreich verschließen. „Wir konnten zeigen, dass sich der Patch gut entwickelt und die Struktur selbst unter echtem Blutdruck standhält“, erzählt Katzschmann.

Damit schafft die Forschergruppe eine vielversprechende Grundlage, um ein implantierbares, mechanisch verstärktes und gewebebasiertes Herzpflaster für Menschen zu entwickeln. Langfristig soll der RC-Patch bei Myokardschäden eingesetzt werden, mit dem Ziel, den Defekt nicht nur zu reparieren, sondern das Gewebe zu regenerieren und damit das Herz zu heilen. In den nächsten Schritten wollen die Forschenden das Material weiterentwickeln und seine Stabilität in länger dauernden Tierstudien untersuchen.

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