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Origami für`s Herz und künstliche Organe


Joseph-von-Fraunhofer-Preis

Origami für das Herz

Eine Operation am offenen Herzen ist für jeden Patienten eine große Belastung. Älteren oder geschwächten Menschen kann der Eingriff oft nicht mehr zugemutet werden. Ein minimalinvasiver Herzklappenersatz könnte Hilfe bringen.

Bei einer geschädigten Aortenklappe kann schon die kleinste Anstrengung lebensbedrohlich sein. Aber auch eine Operation ist nicht ungefährlich: Der Brustkorb wird geöffnet, das Herz steht still und der Patient wird an eine Herz-Lungen-Maschine angeschlossen. »Für ältere oder geschwächte Menschen, die an einem Defekt der Aortenklappe leiden, ist eine sanfte Operationstechnik oft der einzige Weg zur Rettung«, sagt Prof. Hans-Reiner Figulla, Direktor der Klinik für Innere Medizin 1 an der Universitätsklinik in Jena. Er und sein Kollege Dr. Dr. Markus Ferrari traten deshalb an das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena heran, um einen minimal-invasiven Herzklappenersatz zu entwickeln. Die Vision der Ärzte: Ein Klappenimplantat mit einem Kathetersystem über die Leistenschlagader bis zum Herzen zu führen. Dr. Thomas Peschel, Dipl.-Ing. Christoph Damm und Dr.-Ing. Volker Guyenot fanden die Lösung. Dafür erhalten sie einen der Joseph-von-Fraunhofer-Preise 2006.

Die Herausforderung ist, den Stent mit der Klappe für seinen Weg durch den Körper extrem zusammenzufalten, auf etwa sieben Millimeter Durchmesser. An Ort und Stelle wird die Klappe aus dem Katheter geschoben und mit Hilfe eines selbst-expandierenden Spezialstents auf die Normalgröße von etwa 25 Millimeter ausgeweitet. Wie der Stent aufgebaut ist und sich entfaltet, wurde im IOF am Rechner simuliert. Das Ergebnis ist eine Metallstruktur, die sich vor dem Herzen wie ein Regenschirm öffnet und in der Gefäßwand festhakt. »Wir haben den Stent aus Nitinol, einem biokompatiblen Metall mit Memory Funktion entwickelt«, erklärt Dr. Thomas Peschel vom IOF. Mit einem Speziallasergerät wird die Stentstruktur in ein Metallröhrchen geschnitten, in die künftige Form gebogen und bei definierten Temperaturen eingebrannt. Die Besonderheit: Im gekühlten Zustand lässt sich der Stent zusammenfalten, wird er erwärmt, etwa durch die Körpertemperatur, nimmt er wieder die vorher eingeprägte Form an. Der Weg zur Herzklappe führt durch den Aortenbogen - »eine Haarnadelkurve«. Um diese Biegung zu bewältigen, wurde ein spezieller Katheter entwickelt. Er ist besonders elastisch und sorgt für die Kühlung des klein gefalteten Stents. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF finanzierte die Forschung. Die Innovation umzusetzen, nahmen die Forscher selbst in die Hand und gründeten die Firmen JEN.cardiotec GmbH und JenaValve Technology GmbH. Zudem ist ein international tätiger Venture Capital Investor mit eingestiegen. Die Zulassung des patentierten Verfahrens und der Gerätetechnik für Europa ist für 2009 avisiert. Parallel laufen die Vorbereitungen für die Zulassung in USA.

Hugo-Geiger-Preis

Schritt für Schritt zu künstlichen Organen

Tissue Engineering, neue Materialien und Genexpressionsanalyse - für ihre Diplomarbeiten werden in diesem Jahr Jan Hansmann und Elena Lindemann aus Stuttgart sowie Frauke Junghans aus Halle an der Saale mit dem Hugo-Geiger-Preis für Life-Sciences geehrt.


Wenn lebenswichtige Organe wie Niere oder Leber erkranken, hilft oft nur die Transplantation. Doch bis ein geeigneter Spender gefunden ist, vergehen manchmal Jahre. Für die Patienten ist die Wartezeit mit großen Einschränkungen verbunden. Seit mehr als 20 Jahren beschäftigen sich Biologen damit, künstliche Gewebe zu züchten.
Bisher entstanden mittels des Tissue Engineerings einfach aufgebaute Knorpelgewebe oder Haut, die transplantiert werden können. Am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB arbeiten Forscher an der Herstellung künstlicher Gewebe. Jan Hansmann gelang mit seiner Diplomarbeit »Entwicklung eines Bioreaktors für den Einsatz im vaskularisierten Tissue Engineering« ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu künstlichen, komplex aufgebauten Organen. Dafür wurde er mit dem 1. Hugo-Geiger-Preis für Life-Sciences ausgezeichnet. »Mithilfe rechnergesteuerter Kulturgefäße, das heißt Bio-reaktoren, werden über kontrollierte natürliche physiologische Reize komplexe Gewebe mit Blutgefäßen erzeugt«, erklärt Hansmann.

Den 2. Preis erhielt Frauke Junghans. Am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Halle beschäftigte sie sich mit der »Mikromechanischen Charakterisierung von Spinnenseidenproteinschichten«. Wegen ihrer unübertroffenen Eigenschaften steht die Herstellung naturgetreuer Spinnenseide seit Jahren ganz oben auf der Wunschliste von Materialforschern. Sie ist fester als Stahl und gleichzeitig dehnbarer als Nylon, zudem wasserfest und für Kälte unempfindlich. Das macht sie für medizinische und technische Anwendungen interessant. IWM-Wissenschaftler in Halle experimentieren mit Spinnenseide als Grundlage für biomedizinische Materialien, etwa als biokompatible Beschichtung für Implantate. »Durch die Charakterisierung der Proteinschichten sind wir diesem Ziel einen Schritt näher gekommen«, erläutert Junghans.

Der 3. Preis ging an Elena Lindemann. Am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB entwickelte sie ein einfaches alternatives Verfahren zur Genexpressionsanalyse, das bereits zum Patent angemeldet wurde. »Bisher benötigt man für Genexpressionsstudien immer ein vollständig sequenziertes und annotiertes Genom des zu untersuchenden Organismus. Mithilfe der hochauflösenden zweidimensionalen DNA-Elektrophorese können jetzt komplexe Transkriptionsprofile als Spotmuster dargestellt und analysiert werden. Das System kommt ohne Kenntnis der Genomsequenzen aus und lässt sich universell einsetzen«, sagt Lindemann.

Quelle im Internet und weitere Informationen unter: www.fraunhofer.de


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