Herz Panorama

Durch das Labyrinth des Herzens

In der Kardiologie werden Herzerkrankungen minimalinvasiv mit Hilfe von Kathetern diagnostiziert und behandelt. Mithilfe der Biomaterialforschung in Teltow können Herzspezialisten heute zum Beispiel individuelle 3D-Modelle von Patientenherzen drucken, um komplexe Eingriffe exakt planen und trainieren zu können. Defekte Herzklappen können so mit kleinen klammerförmigen Implantaten repariert werden, ohne die ganze Herzklappe ersetzen zu müssen.

360° Wissenschaft: Durch das Labyrinth des Herzens

Hinweis für das Betriebssystem iOS: Für ein freies Umsehen nutzen Sie bitte den folgenden Link zum Video auf Youtube: https://youtu.be/6E8oEsURpWc

Das Herz: Ein hochkomplexes Organ, dessen Rhythmus unser ganzes Leben bestimmt. Eingriffe am Herzen werden zunehmend minimalinvasiv mit Kathetern vorgenommen, wodurch eine schonende Behandlung ermöglicht wird.

Am Institut für Biomaterialforschung in Teltow werden Methoden entwickelt, die Kardiologen bei den komplizierten minimal-invasiven Eingriffen bestmöglich unterstützen. Am 3D-Drucker entstehen so beispielsweise hoch-detaillierte Modelle eines Herzens – ganz individuell für einzelne Patienten auf Basis von bildgebender Diagnostik. Mit diesen Modellen können Kardiologen im Vorfeld planen und üben, um sicherzustellen, dass die Instrumente das Herz ohne Komplikationen erreichen. Dabei können auch zwei Katheter zum Einsatz kommen: Einer ist mit einer Kamera ausgestattet, der zweite dient zur Platzierung eines Implantates.

Defekte Herzklappen können so mit kleinen klammerförmigen Implantaten repariert werden, ohne die ganze Herzklappe ersetzen zu müssen.

Video: Interview mit Markus Reinthaler

Transkript des Videos

Genau ins Herz: mit digitalem Blick und 3D-Druck

Minimal-invasive Eingriffe der Herzklappen können an Modellen geübt werden, die die individuelle Anatomie des Organes exakt darstellen.
Von Lars Klaaßen

Erkrankungen des Bewegungsapparates und des Herz-Kreislauf-Systems bilden den Schwerpunkt klinischer Forschung am Institut für Biomaterialforschung. Im Fall einer undichten Herzklappe etwa war bis vor wenigen Jahren noch eine Operation am offenen Herzen vonnöten, um die Klappe gegen ein Implantat auszutauschen. Für Ältere oder Menschen mit Vorerkrankungen stellt solch ein Eingriff eine enorme Belastung dar. Mittlerweile ist es auch möglich, die natürliche Klappe mit minimal-invasiven Methoden wieder zu ertüchtigen – theoretisch.

Bei dieser Art der Behandlung wird ein Clip mittels eines Katheters in den rechten Vorhof geführt. Während des Eingriffs werden die Ränder der undichten Klappe durch den Clip punktuell miteinander verbunden, was das Leck zumindest verringert. Da es sich hierbei nicht um einen offenen chirurgischen Eingriff unter Sicht handelt, ist eine gute Bildgebung essentiell. Um etwas sehen zu können, nutzen Mediziner bislang eine Ultraschall-Sonde. Die Qualität ist allerdings zu oft unzureichend. „Mithilfe digitaler Visualisierungsmethoden, 3D-Druck und einer Ultraschallsonde, die direkt in die Herzhöhle vorgebracht wird, können wir bei diesem Problem Abhilfe schaffen“, sagt Markus Reinthaler. Der Leiter Strukturelle Herzerkrankung am Campus Benjamin Franklin der Charité, der auch am HZG-Institut für Biomaterialforschung tätig ist, arbeitet gemeinsam mit weiteren Forscherinnen und Forschern an dieser Lösung. Die zusätzliche Option zur Bildgebung: Eine kleine Ultraschallsonde (ICE Katheter) wird sehr nah an die Herzklappe eingeführt. Die Klappe wird dadurch besser dargestellt. Da kardiale Strukturen sich von Patient zu Patient stark unterscheiden, bedarf es für jedes Herz eines methodischen Trainings, um sich dort zurechtzufinden. Darüber hinaus befinden sich dann zwei Katheter im Einsatz: die Sonde und das Implantat-tragende Kathetersystem.

„Unser Ansatz ist ein individuelles 3D-Herz-Modell aus Polymer, mit dem man den bestgeeigneten Manöverablauf für die Sonde mit den entsprechenden Positionen und Ausrichtungen finden und trainieren kann“, erläutert Reinthaler. Hierzu wurden aus CT-Datensätzen der Patienten dreidimensionale Herzmodelle erstellt und daraus mit einem 3D-Drucker ein physisches Objekt geschaffen.
Eine Studie, die Patienten verglich, die mit dem bisherigen und dem neuen Verfahren behandelt worden sind, erbrachte ein ermutigendes Ergebnis: Der mithilfe von 3D-Modellen eingeübte Einsatz der ICE Sonde ermöglichte die Behandlung von Patienten, die mit konventioneller Bildgebung nicht oder nur eingeschränkt hätten therapiert werden können.

Impressionen aus der Forschung:

Wissenschaftler mit 3D-gedruckten Herzmodell im Labor

Dr. Markus Reinthaler entwickelt schonende Behandlungsmethoden für die interventionelle Kardiologie – am HZG und an der Charité. Foto: HZG/Gesine Born

Demonstration neuer Methode mit Ultraschallsonde und Clip

An 3D-Modellen können neue Methoden erprobt werden. Forschende aus Teltow konnten beispielsweise ein innovatives Verfahren zur Behandlung einer undichten Herzklappe entwickeln. Foto: HZG/Gesine Born

3D-Druck

Mit Modellen aus speziell gefertigtem Material können die Wissenschaftler die tatsächliche Anatomie jedes Menschen exakt nachbilden. Foto: HZG/Gesine Born

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Mark Schröder im 3D-Druck-Labor des Instituts für Biomaterialforschung. Foto: HZG/Gesine Born

Dr. Markus Reinthaler.

Dr. Markus Reinthaler. Foto: HZG/Gesine Born