Die AG Bioartifizielle Lunge ist im März 2016 ins Niedersächsische Zentrum für Biomedizintechnik, Implantatforschung und Entwicklung (NIFE) umgezogen. 

Bioartifizielle Lunge allgemein

Lungenerkrankungen stehen mit 9 Millionen Todesfällen pro Jahr auf Platz drei der Todesursachenstatistik der WHO. Derzeit gibt es keine medizinischen Lösung, um dauerhaft die Funktion der Lunge zu ersetzten. Die einzige langfristig effektive Therapieoption für Patienten mit endgradiger funktioneller Lungenerkrankung stellt die Lungentransplantation dar. Der steigenden Anzahl an Transplantationen steht die limitierte Zahl der zur Verfügung stehenden Spenderorgane gegenüber.

 

Ziel des Arbeitsbereiches Bioartifizielle Lunge ist die Entwicklung eines implantierbaren, biohybriden Lungenersatzsystems, welches die Funktion des geschädigten Organs vollständig übernehmen kann. Der iLA™ (interventional lung assist) Membranventilator der Firma Novalung®  (Abbildung 1) bietet eine optimale Ausgangsbasis für die Entwicklung der geplanten Biohybridlunge. Aufgrund des geringen Durchflusswiderstandes des iLA™ wird das Blut nur durch die Pumpleistung des linken Herzventrikels durch das System bewegt, somit kann auf den Einsatz einer mechanischen Pumpe verzichtet werden. Der Gasaustausch erfolgt an einer Membran, deren Mikrostrukturen in Funktion und Dimensionierung den Alveolarkapillaren der Lunge nachempfunden sind. Im klinischen Einsatz wurde der iLA™ schon mehrfach erfolgreich eingesetzt, um Patienten mit Lungenversagen bis zur Transplantation zu überbrücken. Dies zeigt, dass die Gasaustauschfähigkeit der Membranen effizient genug ist, um die Lungenfunktion vollständig zu ersetzen.

(1) Der iLA™ (interventional lung assist) von Novalung®

Ein großer Nachteil der bisherigen Systeme ist die limitierte Einsatzdauer von maximal 30 Tagen. Die verwendeten Materialien führen zur Aggregation von Blutzellen und Thrombenbildung, zudem binden im Blut gelöste Proteine und andere Substanzen an die für den Gasaustausch benötigten Strukturen und verringern deren Effizienz. Aus diesem Grund liegt unser Arbeitsschwerpunkt auf der Verbesserung der Kompatibilität des Systems, insbesondere der für den Gasaustausch verantwortlichen Membran. Zu diesem Zweck soll die Membran mit Endothelzellen besiedelt (Abbildung 2) und durch diese Biologisierung eine verbesserte Hämokompatibilität und Immunverträglichkeit erzielen werden. Dadurch könnte die Einsatzdauer auf mehrere Jahre hin ausgeweitet und eine Grundvoraussetzung für den Einsatz als dauerhaftes Implantat erfüllt werden.

 

(2) Schematische Darstellung der geplanten Membranbesiedlung

Primäre Endothelzellen werden auf der Membran ausgesät (A). Die Zellen formieren sich zu einem geschlossenen Zellverband, vergleichbar mit der Situation in einem Blutgefäß. Somit wird der direkte Kontakt zwischen dem Blut und der künstlichen Oberfläche der Membran verhindert B). Derart modifizierte Membranen könnten sich für den dauerhaften Einsatz in medizinischen Geräten wie dem iLA™ Membranventilator mit blutkontaktierender Oberfläche eignen (C).

Im Mittelpunkt unserer Forschung steht dabei zu untersuchen, wie Endothelzellen auf den Kontakt mit künstlichen Oberflächen reagieren (Proliferation, Adhesion usw.). Das genaue Verständnis dieser Reaktionen ist notwendig, um die Methodik der Zellbesiedlung zu optimieren. Zum Einsatz kommt dabei ein breites Spektrum molekular- und zellbiologischer Methoden wie z.B. qRT-PCR, Fluoreszenzmikroskopie und FACS-Analysen.

 

Zudem planen wir in Zusammenarbeit mit unseren Kooperationspartnern (z.B. Laser Zentrum Hannover), die verwendeten Membranen basierend auf unseren Erkenntnissen zu modifizieren (Material, Oberflächenstrukturierung) und dadurch die Effizienz der Besiedlung zu erhöhen.