Forscherteam feiert Durchbruch bei Entwicklung einer künstlichen Plazenta

Kleine, wabbelige Silikonscheibe soll Frühchen zukünftig mit Sauerstoff versorgen

Bei etwa der Hälfte der Frühgeborenen tritt das Atemnotsyndrom RDS (Respiratory Distress Syndrome) auf, weil die Lunge noch nicht ausgereift ist. Diese Funktionsstörung gehört zu den häufigsten Todesursachen bei Neugeborenen. Bisherige Therapien können schwerwiegende Folgen für die Entwicklung der Lunge, aber auch des Gehirns haben. Ein Forscherteam der McMaster-University um Prof. Christoph Fusch, Chefarzt der Klinik für Neugeborene, Kinder und Jugendliche, Universitätsklinik der Paracelsus Medizinischen Privatuniversität, im Klinikum Nürnberg forscht an einer künstlichen Plazenta, um das Blut der Frühchen mit Sauerstoff anreichern zu können – und hat jetzt einen Meilenstein erreicht.

Der Frühstart ins Leben ist oft schwer. So tritt bei etwa der Hälfte der vor der 32. Schwangerschaftswoche geborenen Babys das Atemnotsyndrom RDS (Respiratory Distress Syndrome) auf. Ein kleines quadratisches Gerät, so groß wie ein Bierdeckel und aus durchscheinendem Silikon, könnte eines Tages für Frühchen den entscheidenden Unterschied zwischen Leben und Tod ausmachen. Das deutsch-kanadische Forscherteam ist sich ganz sicher, dass das der Durchbruch ist.

Ursache für das Atemnotsyndrom bei Frühgeborenen ist der Mangel an Surfactant. Diese Substanz setzt die Oberflächenspannung der Alveolen herab und erleichtert so den Gasaustausch. Fehlt es an diesem Stoff, muss das Neugeborene viel Atemarbeit aufwenden, um die Lungenbläschen immer wieder neu zu entfalten. Diese hohe Atemarbeit führt über eine zunehmende Erschöpfung zu einer starken Minderversorgung mit Sauerstoff (Hypoxie), was unbehandelt einen Herzkreislaufstillstand zur Folge hat.

Bisherige Therapie bleibt meist nicht ohne Folgen

Bisherige Therapien haben mitunter schwerwiegende Folgen. Die vorgeburtliche Gabe von Medikamenten, die die Lungenreifung beschleunigen, können Wachstumsstörungen hervorrufen und werden mit Veränderungen Im Gehirn und späteren psychischen Auffälligkeiten wie ADHS in Verbindung gebracht. Die künstliche Beatmung kann die Lunge schädigen und erschwert nicht selten langanhaltend die Eigenatmung.

Die Verwendung einer Herz-Lungen-Maschine (ECMO), mit der das Blut des Babys außerhalb des Körpers mit Sauerstoff angereichert wird, kommt bei Frühchen mit ihrem niedrigen Blutvolumen schnell an ihre Grenzen. Meist kommt daher Erwachsenenblut zum Einsatz, das sich jedoch bei der Aufnahmefähigkeit der roten Blutkörperchen für Sauerstoff entscheidend vom Blut eines Neugeborenen unterscheidet. Außerdem kann der ECMO-Einsatz Blutzellen zerstören und Gerinnungsstörungen hervorrufen.

Entwicklung einer künstlichen Plazenta

Um diese schwerwiegenden Therapiefolgen zu vermeiden, arbeitet die Forschergruppe der renommierten kanadischen McMaster-Universität seit sechs Jahren fieberhaft an der Entwicklung einer künstlichen Plazenta. Sie soll das Blut des Babys direkt mit Sauerstoff versorgen und damit ausschließen, dass die noch nicht entwickelte Lunge mehr arbeiten muss, als sie sollte. An der Spitze des Forscherteams stehen Prof. Ravi Selvaganapathy und Prof. Christoph Fusch, der bis zu seinem Wechsel ans Klinikum Nürnberg als Chefarzt der Klinik für Neugeborene, Kinder und Jugendliche, Universitätsklinik der Paracelsus Medizinischen Privatuniversität, an der McMaster-University Lehrstuhlinhaber des Jack Sinclair Research Chair war.

Kleines Gerät mit großer Wirkung

Einen Meilenstein hat die Forschergruppe jetzt erreicht: Es ist ihr gelungen, eine einzigartige pumpenlose Vorrichtung zur Sauerstoffanreicherung zu entwickeln. Diese 9 mal 9 Zentimeter große Apparatur zur Lungenunterstützung (Lung Assist Device LAD) wird an die Nabelschnur angeschlossen und arbeitet angetrieben vom Herzschlag des Babys, benötigt also keine externe Pumpe.

Das kleine Gerät wird direkt an die Nabelschnur angeschlossen. Durch den natürlichen Herzschlag des Babys wird Blut dann auch in die künstliche Plazenta geschickt. Es fließt durch ein Gitternetz von Mikrokanälen, die für den Gasaustausch von Silikon-Membranen umgeben sind. Dort wird das Kohlendioxid im Blut durch Sauerstoff ersetzt, und mit dem nächsten Herzschlag wird das Blut aus dem Kästchen in den Körper des Babys geschickt.

Nur geringfügig anders als die Natur

Obwohl das Gerät nur wie eine kleine, wabbelige Scheibe aus Silikon aussieht, ist es sehr stabil und leistungsfähig, dank eines Geflechts aus rostfreiem Stahl, dessen Drähte dünner sind als ein menschliches Haar. Genau dieses Geflecht ermöglicht den beidseitigen Gasaustausch und hält das Gerät so klein wie möglich. "Jede gute Technologie sollte einfach und intuitiv zu nutzen sein, genau das trifft für die künstliche Plazenta zu", erläutern Selvaganapathy und Fusch. "Das Prinzip weicht nur geringfügig von dem ab, was von Natur aus passiert, d.h. das Herz des Frühchens schlägt und pumpt und der Körper bekommt so den dringend benötigten Sauerstoff."

Das Forscherteam der McMaster-University konnte zeigen, dass das LAD-Gerät genügend Kapazität hat, ein frühgeborenes Baby in einer mit Sauerstoff angereicherten Umgebung ausreichend mit Sauerstoff zu versorgen. Nun versuchen die Forscher das Gerät am Tiermodell so zu optimieren, dass es auch bei normaler Raumluft funktioniert, also ohne zusätzlichen Sauerstoff auskommt.

Nächste Schritte

"Dass das LAD die Kapazität hat, ein Frühgeborenes in einer mit Sauerstoff angereicherten Umgebung mit genügend Sauerstoff im Blut zu versorgen, war ein erster schöner Meilenstein", betont Prof. Selvaganapathy, der in Kanada den Forschungslehrstuhl für Biomicrofluidics innehat. "Wir können nun guten Gewissens den nächsten Schritt gehen: Das Gerät soll dann so viel Sauerstoff im Blut anreichern, wie es eine normale Plazenta auch tun würde."

Quelle: Paracelsus Universität

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