Herzpumpe aus Silikon Die ETH forscht am Herz der Zukunft

Dutzende Wissenschaftler haben ein Ziel: Ein künstliches Herz, das für den Patienten verträglicher ist – und Spenderherzen ersetzen kann.

Das Wichtigste in Kürze

  • Zehn Millionen Menschen leiden alleine in Europa an einer Herzschwäche. Viele von ihnen brauchen vielleicht einmal ein neues Herz, um weiterleben zu können. Doch Spenderherzen sind rar.
  • In Zürich wird deshalb an einer neuartigen Herzpumpe geforscht: Sie soll das Herz dereinst problemlos für längere Zeit ersetzen können.
  • Bis die neuartige Herzpumpe Marktreife erlangt, wird es allerdings noch einige Jahre dauern.

Kaltes Neonlicht flutet das Labor tief unter der Erde im Keller eines Gebäudes der ETH. Mitten in dieser sterilen Umgebung steht Edoardo Mazza. Der ETH-Professor für Mechanik am Institut für mechanische Systeme ist Co-Leiter eines Forschungsprojekts, das eine neuartige Herzpumpe aus Silikon entwickeln will.

Zwei Dutzend Teams der Universität Zürich, ETH Zürich, des Universitätsspitals Zürich und des Herzzentrums Berlin aus unterschiedlichen Fachrichtungen arbeiten an dem Projekt: Materialwissenschaftler, Mediziner, Ingenieure.

Ein Mann mit Brille hält ein Silikon-Teil in der Hand. Bild in Lightbox öffnen.

Bildlegende: Professor Edoardo Mazza: «Silikon hat ähnliche Eigenschaften wie menschliches Gewebe.» srf/Matthias Heim

Dauerhafte Herzpumpe?

Das Problem der heutigen Herzpumpen bestehe vor allem darin, dass das Blut im Körper des Patienten mit synthetischen Materialen in Kontakt komme. «Wir möchten dies vermeiden, indem wir die ganze Innenfläche der neuen Herzpumpe mit körpereigenen Zellen bedecken», erklärt Mazza. Die neue Herzpumpe soll deshalb die Nachteile der heutigen künstlichen Herzen eliminieren und für den Körper verträglicher werden.

Gelingt dies, würde der Körper die Herzpumpe nicht mehr als Fremdkörper wahrnehmen und sie könnte dauerhaft im Körper verbleiben. Bislang sind Herzpumpen oft nur eine Zwischenlösung, bis ein neues Herz transplantiert werden kann. Da es aber an Spenderherzen mangelt, kommen die heutigen Produkte in der Praxis gleichwohl während Jahren zum Einsatz.

Eine junge Frau in einem Labor. Bild in Lightbox öffnen.

Bildlegende: Laura Bernardi erforscht das Zusammenspiel von menschlichen Zellen und Silikon. srf/Matthias Heim

Schnittstelle Maschine-Mensch

Eine entscheidende Rolle, damit die Herzpumpe vom Körper akzeptiert wird, spielt Silikon. Das synthetische Material kommt an der Schnittstelle zwischen Maschine – also der Herzpumpe – und den menschlichen Zellen zum Einsatz.

Mit dieser Schnittstelle beschäftigt sich im Rahmen des Projekts Laura Bernardi. Die Italienerin trägt blaue Handschuhe, damit alles steril bleibt. Mit einer Pinzette ergreift sie sachte eine knopfgrosse, hauchdünne Schicht aus Silikon: «Es ist wichtig, dass die Zellen auf der Silikonschicht gut haften bleiben und nicht weggespült werden», führt sie aus. Gleichzeitig müsse das Silikon genügend beweglich sein, damit es auch die Pumpbewegungen mitmachen könne.

Experimentsanordnung. Bild in Lightbox öffnen.

Bildlegende: Eine speziell geformte Membran aus Silikon wird einem Belastungstest unterzogen. srf/Matthias Heim

Optimales Material

Die Eigenschaften von Silikon seien geradezu ideal, weil sich das Material so gut formen lasse, erklärt Forschungsleiter Mazza. Auch liessen sich die mechanischen Eigenschaften des Silikons verändern. «Wir erhalten so sehr ähnliche Eigenschaften, wie es biologisches Gewebe – etwa Bindegewebe – im menschlichen Körper hat.»

In einem weiteren Schritt könnten sich die Forscher sogar vorstellen dereinst die Herzpumpe komplett aus Silikon zu produzieren. Dies im Gegensatz zu heute, da sie aus Kunststoff und Metall gefertigt werden. Bereits haben die ETH-Forschungsteams einen ersten Prototyp der neuen Herzpumpe entwickelt. Noch dieses Jahr soll er an Schafen getestet werden.

Bis daraus allerdings ein marktreifes Produkt wird, dürfte es noch mehrere Jahre dauern. Doch sicher ist, dass das Potenzial einer solchen gut verträglichen Herzpumpe gross wäre: Allein in Europa leben schätzungsweise zehn Millionen Menschen mit einer Herzschwäche. Und je älter die Bevölkerung wird, desto häufiger treten Herzprobleme auf.

Zwei Hände in blauen Handschuhen halten eine Pinzette und Glasschale, darin kleine, runde, durchsichtige Silikonplättchen. Bild in Lightbox öffnen.

Bildlegende: Geforscht wird etwa an hauchdünnen Membranen aus Silikon. srf/Matthias Heim

Grundlagenforschung unabdingbar

Trotzdem sind die Hersteller der marktfähigen Herzpumpen sehr zurückhaltend bei der Entwicklung neuer, verträglicherer Systeme. Es gebe hohe Hürden der Regulierungsbehörden zu überwinden, bis neue Herzpumpen-Systeme für den Markt zugelassen würden, sagt Professor Mazza. «Deshalb verhalten sich die Firmen sehr konservativ.» Es gebe nur sehr langsame Fortschritte.

Aus Mazzas Sicht ist es deshalb sinnvoll, wenn die akademische Forschung die Entwicklung vorantreibt. Für die ETH-Forscher steht denn auch im Zentrum aufzuzeigen, dass dieses ambitionierte medizinisch-technische Projekt machbar ist. Die Kommerzialisierung ihrer Erkenntnisse kommt dann zu einem späteren Zeitpunkt. Sei es in Zusammenarbeit mit etablierten Herstellern von Kunstherzen oder mittels eines eigenständigen Unternehmens.

Der Wunderstoff Silikon

Silikon ist ein synthetisches Polymer und besteht chemisch aus verknüpften Silizium- und Sauerstoffatomen. Erstmals hergestellt wurde der Stoff Anfang des 20. Jahrhunderts in England. Je nach Herstellungsart und Zusatzstoffen entsteht Silikon als Flüssigkeit, als eine Art Fett, als Silikonkautschuk oder -harz, sowie in anderen Formen.

Silikon ist aus der modernen Welt kaum mehr wegzudenken. Im Folgenden bloss eine Auswahl, wozu Silikone gebraucht werden: Als Dichtstoff zum Füllen von Fugen (auf dem Bau, im Badezimmer), im Kunstguss zur Herstellung einer Negativform für den späteren Abguss von Skulpturen und Reliefs, im Modellbau ebenfalls zur Herstellung von Formen für Prototypen; in der Zahnmedizin zur Herstellung von Präzisionsmodellen (exakte Abformung der Zahnreihen und des Kiefers), in der Orthopädietechnik zur Herstellung von Protheseninnenschäften, aber auch für Brustimplantate. In der Küche trifft man vielerlei Backformen und Kochutensilien aus Silikon an.

Flüssigsilikon findet Anwendung etwa in der Autoindustrie (zum Beispiel im Motor oder in Visco-Kupplungen). Ausserdem wird der Stoff in Massageölen sowie als Gleitmittel und Behandlungsmittel für Kondome und Latexkleidung benutzt.