Regeneration vagaler Nerven in transplantierten Herzen
Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind für rund 18 Millionen Todesfälle weltweit verantwortlich und stellen in den Industrieländern die häufigste Todesursache dar, von der über 6,6 % der Weltbevölkerung betroffen sind. Bei Symptomen, die von Bluthochdruck bis zu chronischer Herzinsuffizienz reichen, ist in sehr schweren Fällen eine Herztransplantation (HTx) die einzige mögliche Option. Doch leider erfordert das bevorzugte Verfahren, eine Operation, die als bicavale orthotope Herztransplantation (OHT) bezeichnet wird, dass die parasympathischen Nerven chirurgisch entfernt oder durchtrennt werden. „Dies führt zu einer erhöhten Herzfrequenz, einer verminderten Reaktionsfähigkeit des Herzens auf Reize und einer erhöhten Steifigkeit der Herzkammern. Die Wiederherstellung dieser Nervenverbindungen wäre somit ein entscheidender Schritt“, erklärt Silvestro Micera, Koordinator des EU-finanzierten Projekts NeuHeart, von der Sant’Anna Scuola Universitaria Superiore Pisa, an der das Projekt angesiedelt ist. Im Rahmen von NeuHeart wurde eine Neuroprothese entworfen, entwickelt und nun patentiert, mit der die parasympathischen Verbindungen in der Herzgegend regeneriert werden können, insbesondere die des rechten Nervus vagus am Herzen. „Die Betroffenen könnten nicht nur eine höhere Lebensqualität, sondern auch eine längere Lebenserwartung haben“, fügt Vincenzo Lionetti, einer der Hauptforschenden, hinzu. Die robuste und dennoch anpassungsfähige Lösung von NeuHeart hat auch das Potenzial, Nervenverbindungen bei anderen transplantierten Organen und traumatischen Verletzungen, bei denen die Nerven durchtrennt wurden, wiederherzustellen.
Bioelektronische Lösung mit „geschlossenem Kreislauf“
Ein Regenerationskanal aus weichen, 3D-gedruckten, biologisch abbaubaren Polymeren wird zusammen mit einer intraneuralen Dünnfilmelektrode zwischen die beiden Stümpfe des durchtrennten Nervus vagus implantiert. Über den Regenerationskanal wird die Regeneration geführt und geformt, über die Elektrode wird Strom an den Nerv abgegeben und so die elektrische Verbindung wiederhergestellt. Dadurch kann die Herzfrequenz moduliert werden. Das Gerät wird dann mit einem implantierbaren Schrittmacher gekoppelt, um den erforderlichen Strom auf der Grundlage von Echtzeit-Herzfrequenzmessungen zu liefern, die von einem Sensor erfasst und von einer Software verarbeitet werden. Dies ergibt eine Lösung mit geschlossenem Kreislauf.
Neuland
Da es in der Literatur keine relevanten Studien zur Regeneration des Nervus vagus gab, führte die Forschungsgruppe des Projekts ihre eigenen Studien an Kaninchen und Minischweinen durch. Die immunhistochemische Analyse zeigte, dass eine Regeneration des Nervus vagus stattfinden kann, wenn sie von einer Struktur wie dem Regenerationskanal geführt wird, und mehrere Tests bestätigten auch die Funktionalität verschiedener Systemkomponenten. Die intraneurale Elektrode und ein Prototyp des Schrittmachers wurden am Nervus vagus von Minischweinen getestet, wo sie die Herzfrequenz ohne sichtbare Nebenwirkungen wirksam kontrollierten. Die Biokompatibilität des implantierten Herzsensors und sein Potenzial zur Bewertung der langfristigen Herzsteifigkeit wurden ebenso demonstriert wie der Algorithmus zur Kontrolle der Herzfrequenz, der Schwankungen von bis zu einem Schlag pro Minute zulässt. „Zusammengenommen liefern diese Tests einen positiven Grundsatzbeweis für alle Elemente des NeuHeart-Systems“, sagt Ciro Zinno, Projektforscher.
Neue Wege
In viermonatigen Experimenten wurde die Regeneration des Nervus vagus am Herzen sowohl bei den behandelten Tieren als auch bei einer Kontrollgruppe mit durchtrenntem Nervus vagus, aber ohne implantierten Regenerationskanal untersucht. Mithilfe von Magnetresonanztomographie des Herzens wurden die Veränderungen am Herzen der Tiere im Laufe der Zeit untersucht. „Wir stellten bei den unbehandelten Tieren im Vergleich zur behandelten Gruppe eine geringere Reaktionsfähigkeit des Herzens fest. Die Bildgebungsanalyse zeigte uns auch zum ersten Mal, dass die Wiederverbindung des Herzens mit dem intrathorakalen Abschnitt des rechten Nervus vagus vor der Belastung der linken Herzkammer schützt. Die Immunhistochemie zeigte, dass die linken Herzkammern der behandelten Tiere denen gesunder Tiere ähnelten“, erklärt Lionetti. Die Forschungsgruppe arbeitet nun an Studien am Menschen und will eine Phase-I-Studie an 30 Erkrankten durchführen, von denen sich 15 einer orthotopen Herztransplantation mit Regeneration des Nervus vagus unterziehen werden, während die anderen nicht behandelt werden. „Unsere Innovation könnte die Transplantationsverfahren revolutionieren. Da die Materialien leicht herstellbar sind, ist die Lösung skalierbar und könnte so eine zuverlässige Versorgung mit Nerventransplantaten sicherstellen, die knapp sein können“, schließt Eugenio Redolfi Riva, Forschungsstipendiat.
Schlüsselbegriffe
NeuHeart, Nervus vagus, Herz, Regeneration, Transplantation, Elektrode
