Herzkrankheiten sind für den betroffenen Patienten oft mit komplizierten Operationen verbunden. Besonders Kinder, deren Herz noch nicht vollständig ausgewachsen ist, müssen sich einer Vielzahl schwerer Operationen unterziehen. Dr. Ralf Sodian beschäftigt sich seit 1998 mit einer potentiellen Lösung für dieses Problem. In den bisherigen beiden Beiträgen gab der Mediziner einen Einblick über den Status quo der Herzchirurgie. Lesen Sie nun im dritten Teil unseres Interviews mit dem Oberarzt für Herzchirurgie an der Uni München, wie der derzeitige Forschungsstand in Bezug auf die Herstellung künstlicher Herzprothesen ist, wie man sich die Herstellung der Herzklappen vorstellen muss und welche Rolle Nabelschnurblut dabei spielt.

Wie nahe ist die Forschung diesem Ziel bisher gekommen?

Das ist sehr schwer zu sagen, denn es werden immer zwei Schritte unternommen: Man arbeitet mit humanen Zellen und stellt das Konstrukt in vitro (Anm. d. Red.: im Labor) her. Wenn es dann gut aussieht, bedeutet das noch lange nicht, dass es beim Einsatz im Menschen auch so ist. Wir haben jetzt Klappen hergestellt, die im Labor gut arbeiten, die also den Druckbelastungen standhalten und deren Zellen eine funktionelle Einheit bilden. Dennoch wissen wir nicht, was passieren würde, wenn diese Herzklappen tatsächlich einem Patienten implantiert würden. Im zweiten Schritt wird daher ein Tierexperiment durchgeführt. Das genaue Konzept der Klappe wird also auf tierische Zellen übertragen. Aus diesen wird in gleicher Weise ein Konstrukt hergestellt und dem Tier eingesetzt. Selbst wenn es dann gut funktioniert, bedeutet dies keine hundertprozentige Garantie dafür, dass es auch beim Menschen so ist. Bevor man aber einem Kind eine Herzklappe implantiert, muss man sich dessen so weit wie möglich sicher sein.

Wie kann man sich die Herstellung der Prothesen konkret vorstellen? Wie werden die Zellen gewonnen, die dafür verwendet werden, und was wird mit ihnen gemacht?

Zunächst einmal wird bei allen Schwangeren ein pränataler Ultraschall durchgeführt, so kann der angeborene Herzfehler diagnostiziert werden. Zumindest bei einem Großteil der Kinder, die mit einem solchen Fehler geboren werden, weiß man dieses somit schon vor der Geburt. Das ermöglicht es, den Fehler zu charakterisieren und seine Art und Ausprägung festzustellen. Bei der Geburt werden dann gezielt Zellen entnommen, die für das Tissue Engineering einer Herzklappe verwendet werden können. Diese können aus dem Nabelschnurblut oder den Gefäßzellen aus der Nabelschnur stammen. Die Zellen werden dann differenziert, um mehr davon zu gewinnen. Wenn genügend vorhanden sind, werden sie eingefroren – bis zu dem Zeitpunkt, zu dem sie gebraucht werden, um die künstliche Herzklappe herzustellen. Dazu werden die Zellen im Labor aufgetaut und auf ein resorbierbares Gerüst aus einem Polymer besiedelt. Danach wird das Konstrukt in einen sogenannten Bioreaktor gebracht. Dabei handelt es sich um ein abgeschlossenes System, in dem die Zellen Fluss und Druck ausgesetzt sind. Darin entwickeln sie ein richtiges Gewebe mitsamt extrazellulärer Matrix aus Collagen (Anm. d. Red.: die extrazelluläre Matrix ist eine Gerüstsubstanz, die zwischen den Zellen für deren Stabilität sorgt). Auf diesem Wege wachsen die Zellen zu einer richtigen Herzklappe heran, die über alles verfügt, was ein Gewebe ausmacht – also aus Zellen und der extrazellulären Matrix. Und dieses biologische Konstrukt wird schließlich implantiert – nämlich dem Kind, das den angeborenen Herzfehler hat und dessen Zellmaterial verwendet wurde. Das Modell ist also autolog (Anm. d. Red.: das heißt, es werden eigene Zellen des Patienten verwendet) wodurch mögliche Abstoßungsreaktionen verhindert werden können.

Wie lange würde es vom Auftauprozess bis zur fertigen Herzklappe ungefähr dauern?

Schätzungsweise dürften es vier bis sechs Wochen sein. Es kommt darauf an, wie schnell die Zellen anwachsen und wie sich das Konstrukt insgesamt entwickelt.