Anti-Thrombose-Beschichtung für Klappenimplantate

Nach dem Einsatz mechanischer Herzklappenimplantate besteht ein hohes Risiko der Thrombenbildung. Patienten mit mechanischen Klappenersatz müssen daher lebenslang anitkoagulativ versorgt werden. Ein neues Beschichtungsverfahren soll das Thromboserisiko senken können.

Herzklappen

Hintergrund

Klappenvitien gehören zu den häufigsten kardiovaskulären Erkrankungen. In schweren Fällen muss die erkrankte Klappe durch eine biologische oder mechanische Prothese ersetzt werden. 2015 wurden insgesamt rund 14.000 Herzklappen im Rahmen einer konventionellen Operation und knapp über 15.000 im Rahmen eines minimal invasiven Eingriffs, wie z. B. Transkatheter-Aortenklappen-Implantation (transcatheter aortic valve implantation [TAVI]) oder Mitral Clip, ersetzt [1].

Biologisch versus mechanisch

Mechanische Herzklappen sind länger haltbar als biologische Implantate. Sie können aber nicht minimalinvasiv eingesetzt werden, sondern nur im Rahmen einer konventionellen Operation. Die künstlichen Materialien der mechanischen Klappen-Prothesen begünstigen darüber hinaus die Bildung von Thromben und machen eine lebenslange Therapie mit Antikoagulantien erforderlich [2].

Neues Verfahren senkt Thromboserisiko

Ein Team von Wissenschaftlern des Instituts für Materialwissenschaften der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat in Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Schleswig-Holstein (UKSH), Campus Lübeck, nun ein neues Verfahren zur Beschichtung von mechanischen Herzklappenprothesen entwickelt. Diese Beschichtung hat das Potential das Thromboserisiko zu senken.

Blutabweisender Kunststoff

Mit Polydimethylsiloxan (PDMS) steht schon seit längerem ein blutabweisender Kunststoff zur Verfügung, der das Thromboserisiko senken kann. PDMS ist jedoch zu weich, um daraus funktionstüchtige und haltbare Klappenimitate herzustellen. Polyetheretherketon (PEEK) ist hingegen ein hochstabiler Kunststoff, aus dem sich robuste Klappenimitate fertigen ließen. Die Idee war daher ein Klappenimitat mit einem stabilen Kern aus PEEK und einer weichen Beschichtung aus PDMS herzustellen.

Physikalische Verbindung

Die große Herausforderung für die Forscher bestand nun darin, die beiden Materialien mit den gegensätzlichen Eigenschaften fest miteinander zu verbinden. Da es bei einer chemischen Verbindung zu Veränderungen der Materialoberfläche kommt, schied dieser Weg von vorneherein aus. Die Forscher mussten nach einer stabilen physikalischen Verbindungmethode suchen.

Verhakung der Kunststoffe

Das gelang dem Forscherteam, indem es die glatte Oberfläche des PEEK-Polymers mithilfe von Keramikpartikeln verschiedener Größe extrem aufraute. Auf die zerklüfte PEEK-Oberfläche gaben die Forschenden flüssiges PDMS, das tief in die entstandenen Hohlräume eindrang. Auf diese Weise konnten beide Materialien fest miteinander verhakt werden [3]. Es entstand ein Polymerkomposit, „das die Eigenschaften der beiden Stoffe in idealer Weise kombiniert“, erläutert Leonard Siebert, der in der Arbeitsgruppe „Funktionale Nanomaterialien“ an der CAU promoviert.

Erste Tests vielversprechend

An der Klinik für Herz- und thorakale Gefäßchirurgie des UKSH, Campus Lübeck, wurden die ersten Labortests durchgeführt. Sie zeigten, dass auf dem neuen Polymerkomposit deutlich weniger Blutplättchen anhaften als auf Materialien, die bereits zur Herstellung von Klappenimitaten genutzt werden, wie Titan oder diamantähnlichen Kohlenstoffschichten. Die vergleichsweise höhere Flexibilität des neuen Polymerkomposits gegenüber den herkömmlichen Materialien könnte auch erstmals die minimalinvasive Implantation mechanischer Klappenprothesen ermöglichen.

Fazit und Ausblick

Professor Hans-Hinrich Sievers, UKSH, erläutert die Bedeutung, die das neue Verfahren für Herzklappenersatz haben könnte: „Kunststoffe, die gleichzeitig flexibel und robust sind, könnten besonders interessant sein für sogenannte Transkatheterklappen. Sie werden durch eine schonende, minimalinvasive Methode ohne Operation in den Körper eingeführt und müssen daher besonderen Materialanforderungen genügen“.

Autor: Barbara Welsch (Medizinjournalistin)

Stand: 30.07.2019

Quelle:
  1. Deutsche Gesellschaft für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie (DGTHG) (2016): Deutscher Herzbericht 2016: Herzchirurgie in Deutschland, Pressemitteilung, 25.01.2017
     
  2. Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (2019): Künstliche Herzklappen: Neues Beschichtungsverfahren könnte Thromboserisiko senken, Pressemitteilung, 24.07.2019
     
  3. Siebert et al. (2019): Perfect polymer interlocking by spherical particles: capillary force shapes hierarchical composite undercuts. Nanoscale Horizons, 4, 947-952, DOI: 10.1039/C9NH00083F
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