Herzschrittmacher durch das Herz selbst versorgt

Der Mensch, ein energetisches Wesen: Die mechanische Leistung des Herzens ist so stark, dass sie leicht dazu genutzt werden kann, damit Geräte aufzuladen, die Leben retten. Dank der Entwicklung der Ingenieure der Thayer School of Engineering in Dartmouth kann die kinetische Energie des Herzens in elektrische Energie umgewandelt werden, um damit eine breite Palette implantierbarer Geräte zu betreiben.

Dauerhafte Energiequelle für Herzschrittmacher!

Millionen von Menschen verlassen sich auf Herzschrittmacher, Defibrillatoren und andere lebensrettende Implantate mit Batterien, die alle fünf bis zehn Jahre ausgetauscht werden müssen. Diese Ersetzungen erfordern nicht nur teure Operationen, sondern bergen auch bezüglich Komplikationen und Infektionen besondere Risiken.

Die Frage dabei ist: Wie schafft man eine effektive Energiequelle, damit das Gerät während der gesamten Lebensdauer des Patienten seine Arbeit verrichtet, ohne dass die Batterie ausgetauscht werden muss? Dabei ist auch wichtig, dass das Gerät keine negativen Effekte auf die Funktion des Körpers hat. Die Forderungen umfassten daher Biokompatibilität, geringes Gewicht, geringe Abmessungen und Flexibilität. Außerdem muss diese Energiequelle nicht nur zu Herzschrittmachern passen, sondern auch für die zukünftige Multifunktionalität skalierbar sein.

Das Forscher-Team modifizierte Herzschrittmacher, um die kinetische Energie eines am Herzen befestigten Bleidrahts zu nutzen und in elektrische Energie umzuwandeln, mit der letztlich ein Akku aufgeladen wird. Das Material ist eine Art dünne piezoelektrische Polymerfolie namens „PVDF“, die bei der Konstruktion mit porösen Strukturen selbst kleine mechanische Bewegungen in elektrische Energie umwandeln kann. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass man dies potenziell als Sensor einsetzen kann, um so eine Echtzeitüberwachung von Patienten zu ermöglichen.
Die Ergebnisse der dreijährigen Studie, die zusammen mit Klinikern von UT Health San Antonio durchgeführt wurde, wurden gerade in der Fachzeitschrift Advanced Materials Technologies veröffentlicht.

Die noch verbleibenden zwei Jahre der NIH-Finanzierung wird dazu genutzt, die präklinische Phase abzuschließen und eine behördliche Zulassung zu erhalten. Im Moment ist ein, sich quasi selbstversorgender, Schrittmacher wohl noch etwa fünf Jahre von der Kommerzialisierung entfernt. Eine erste Runde mit Tierversuchen wurde mit positiven Ergebnissen abgeschlossen.

Quellen ©: Fachzeitschrift Advanced Materials Technologies Thayer School of Engineering, Dartmouth, u.a.
Bildquellen ©: Patricio R. Sarzosa, Thayer School of Engineering.
Link: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/admt.201970002