Der Weg für die nächste Generation von Herzschrittmachern scheint geebnet. Eine neu entwickelte, hauchdünne Hightech-Hülle könnte die vergleichsweise klobigen Geräte künftig ablösen. An einem Kaninchenherzen wird die Erfindung bereits getestet.

Forscher haben eine mit Sensoren versehene Hülle für ein schlagendes Kaninchenherz entwickelt. Die Pumpfunktion des Organs werde von dem elastischen Mantel aus Silikon nicht beeinträchtigt, berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin "Nature Communications".

Das Herz sei ein komplexes Organ mit zahlreichen synchron arbeitenden Elementen. Daher sei es bisher schwierig, die Gesamtheit seiner Funktionen und die Interaktion zwischen elektrischen, vom Stoffwechsel abhängigen und mechanischen Komponenten zu erfassen. Diese Lücke könnten neue Methoden wie die nun entwickelte füllen.

Sensoren seien bisher an ein Herz geklebt oder genäht worden, zudem könnten sie jeweils nur ein relativ kleines Gebiet erfassen, schreiben die Forscher um John Rogers von der University of Illinois in Urbana-Champaign. Für ihre High-Tech-Hülle scannten sie zunächst ein Kaninchenherz und erstellten dann mit einem 3D-Drucker ein dreidimensionales Modell des Herzbeutels. An diese Form angepasste Sensoren wurden in einem weiteren Schritt in eine passgenaue Silikonmembran eingebettet.

Pumpfunktion wird nicht beeinträchtigt

Eine typische 3D-MIM (Multifunctional Integumentary Membran) besitze winzige, auf Indiumgalliumnitrid basierende Dioden für optische Messungen, Silikon-Nanomembranen zur Erfassung mechanischer Kräfte, pH-Sensoren aus Iridiumoxid sowie Goldelektroden für elektrische Messungen und zur Stimulation. Die etwa 150 Mikrometer dünne Membran werde etwas kleiner gefertigt als der Umfang des Herzbeutels, um guten Kontakt zum Gewebe zu gewährleisten - ohne aber durch zu viel Druck die natürliche Pumpfunktion zu beeinträchtigen, erläutern die Wissenschaftler.

In Versuchen mit isolierten Kaninchenherzen erfassten die Forscher unter anderem Herzschlag, pH-Wert und Temperaturänderungen als Reaktionen auf elektrische Stimulation, eine veränderte Nährstoffzufuhr oder eine kleine Verbrennung am Herzbeutel. Das jeweilige Kaninchenherz wurde dabei nach der sogenannten Langendorff-Methode behandelt. Dabei wird das entnommene Organ über die Aorta mit speziellen Nährstofflösungen durchströmt und behält seine Pumpfunktion bei.

Prinzipiell sei die Silikonhülle nicht nur zur Messung, sondern auch für die Kontrolle von Herzfunktionen einsetzbar, schreiben die Forscher. Auch die Verwendung für andere Organe sei denkbar. Für den Einsatz direkt im Tier statt am isolierten Herzen bedürfe es noch Weiterentwicklungen, etwa bei Energiezufuhr und kabelloser Datenübertragung.