de.wedoany.com-Bericht: Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der University of Southern California (USC) haben in Zusammenarbeit mit weiteren Institutionen ein neuartiges, tragbares Pflastergerät entwickelt, das mittels Ultraschall eine nicht-invasive Herzstimulation ermöglicht.
Herkömmliche implantierbare Herzschrittmacher haben zwar Millionen von Menschenleben gerettet (etwa 3 Millionen Erwachsene in den USA nutzen sie), bergen jedoch als invasive Implantate Risiken. Der Traum dieser Forschung ist es, eine nicht-invasive Herzstimulation mittels Ultraschall zu erreichen. Das neu entwickelte Gerät ist ein kleines Pflaster, das auf der Brust getragen wird. Mikrowandler auf dem Pflaster senden Ultraschallimpulse durch den Brustkorb. Diese Ultraschallwellen öffnen gentechnisch veränderte Ionenkanäle in den Herzzellen, sodass Kalziumionen einströmen, was den Herzzellen signalisiert, sich zusammenzuziehen und zu schlagen.
Die Forscher wandten eine sogenannte sonogenetische Methode an, um die Wirkung des Ultraschalls auf das Herz zu verstärken. Diese Methode folgt dem Prinzip der Optogenetik, bei der Zellen durch genetische Manipulation dazu gebracht werden, auf Schall (einschließlich Ultraschall) zu reagieren. Im Labor differenzierten sie Herzzellen aus embryonalen Stammzellen und veränderten sie genetisch, um ihre Empfindlichkeit gegenüber Ultraschall zu erhöhen. Die Experimente zeigten, dass die genetisch veränderten Herzzellen bei Ultraschallbestrahlung synchron mit den Schallwellen schlugen, während unbehandelte Zellen keine solche Reaktion zeigten.
In Experimenten mit Ratten injizierten die Forscher eine sonogenetische, ultraschallverstärkende Lösung über den Schwanz der Tiere und brachten dann das Mini-Schrittmacher-Pflaster auf der Brust der Ratten an. Als das Pflaster eingeschaltet wurde, regulierte der Ultraschall schnell die Herzfrequenz der Tiere. Individuen mit zu langsamer oder unregelmäßiger Herzfrequenz zeigten wieder normale, regelmäßige Herzkontraktionen. Das Forschungsteam glaubt, dass dieser Schritt klinisch als eine Form der Gentherapie umgesetzt werden könnte, um einen nicht-invasiven Schrittmacher zu realisieren.
Der von dem Team gefertigte Prototyp besteht aus einem etwa briefmarkengroßen Ultraschallpflaster und einem kleinen, in der Tasche tragbaren Gerät mit Batterie und Elektronik. Der Klebeteil des Pflasters besteht aus einem Hydrogel-Material, das fest auf der Haut haftet und Ultraschall ungehindert passieren lässt. Dasselbe Team hatte zuvor bereits ein Pflasterdesign vorgestellt, das Ultraschall zur Bildgebung tiefer Organe und Gewebe nutzt. Sie planen nun, beide Methoden in einem einzigen Ultraschallpflaster zu kombinieren, um die Herzaktivität gleichzeitig zu überwachen und zu regulieren. Professor Xuanhe Zhao äußerte, dass man eines Tages Pflaster an verschiedenen Körperstellen anbringen könnte, um eine langfristige Bildgebung, Überwachung und therapeutische Stimulation in einem geschlossenen Regelkreis zu ermöglichen.
Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nature Biomedical Engineering“ veröffentlicht. Zu den MIT-Mitautoren gehören der Erstautor Chen Gong sowie Runze Li, Won Jun Song, der ehemalige Postdoktorand Gengxi Lu, Shucong Li und Hsiao-Chuan Liu. Weitere Kooperationspartner stammen von der Harvard University, der University of California at Los Angeles und mehreren Forschungsgruppen der University of Southern California (USC). Die Forschungsarbeit wurde unter anderem von den National Institutes of Health und der National Science Foundation unterstützt.
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