US-Wissenschaftler haben ein drahtloses Herz getestet

Patienten mit einem Kunstherz oder einer zusätzlichen Blutpumpe können laut den Autoren der neuen Erfindung mit Hilfe des neuen Systems eine größere Bewegungsfreiheit als bisher erlangen.

Forscher der University of Washington und des University of Pittsburgh Medical Center (UPMC) testeten ein drahtloses Stromversorgungssystem in Verbindung mit einem kommerziellen Herzunterstützungssystem (VAD).

Das Projekt mit dem Namen Free-range Resonant Electrical Energy Delivery (FREE-D) wird von Joshua Smith geleitet, der von Intel an die University of Washington kam, wo er mehrere Jahre an einem drahtlosen Energieübertragungssystem gearbeitet hatte.

Es handelt sich um eine Technologie, die durch die Anpassung der Resonanzfrequenz und anderer Parameter der Empfangs- und Sendespulen eine hocheffiziente Übertragung elektrischer Energie über mittlere Entfernungen (zehn Zentimeter – Meter) ermöglicht.

Kardiologen experimentierten bereits mit induktiven Stromversorgungssystemen für Herzpumpenimplantate, um die durch die Haut verlaufenden Drähte (ein Einfallstor für Infektionen und ein erhöhtes Komplikationsrisiko) zu vermeiden. Doch einfache Technologien (wie sie in kabellosen elektrischen Zahnbürsten verwendet werden) enttäuschten die Ärzte: Die Übertragungsreichweite betrug nur wenige Millimeter, und es traten Nebeneffekte in Form einer unnötigen Gewebeerwärmung auf.

Im Kreis befindet sich das mechanische Herz, im Hintergrund die gesamte drahtlose Stromübertragungskette (Foto: University of Washington).

Smiths System überwindet diese Mängel. Es besteht aus zwei Spulenpaaren. Die erste (rechts im Foto oben) ist an das Stromnetz angeschlossen und überträgt Energie an die zweite Spule (in der Mitte), die theoretisch auf der Kleidung des Patienten platziert werden könnte.

Diese zweite Spule lädt die vom Menschen getragene Pufferbatterie (notwendig zur Verlängerung der Autonomie) und versorgt zudem eine weitere, kleinere Sendespule mit Strom. Diese überträgt bereits Energie an eine sehr kleine (nur 4,3 cm Durchmesser) Empfangsspule (links im Bild), die sich im menschlichen Körper befindet und mit dem künstlichen Herzen sowie der internen Pufferbatterie verbunden ist.

Bisher wurde der Aufbau im Labor getestet. Die Spulen wurden auf einem Tisch platziert, und das daran angeschlossene VAD-Gerät wurde in einem Becher mit Flüssigkeit betrieben. Laut einer Pressemitteilung der University of Washington wurde die Energie zuverlässig mit einem Wirkungsgrad von etwa 80 Prozent übertragen.

Die Autoren des Projekts sehen in der Zukunft folgendes Bild. Mehrere Sendespulen sollen im Wohn- oder Arbeitszimmer des Patienten angebracht werden – in den Wänden, an der Decke, unter dem Bett und im Stuhl. Sie sollen dem Träger eines Herzimplantats eine nahezu kontinuierliche Batterieaufladung ermöglichen. Zum Aufladen muss er keine Steckdosen anschließen.

In einem speziell ausgestatteten Raum könnte ein Patient mit einem Kunstherz oder Herzunterstützungssystem freier leben und arbeiten als mit älteren Systemen, bei denen die Funktionalität des Implantats vollständig von einer Batterie abhängt, die regelmäßig an das Stromnetz angeschlossen werden muss (Abbildung von Pramod Bonde, University of Pittsburgh Medical Center).

Gleichzeitig soll der interne Akku einen sicheren Aufenthalt von bis zu zwei Stunden außerhalb der Ernährungsspulen und ohne Weste ermöglichen. So kann der Patient beispielsweise ein Bad nehmen.

Die Ergebnisse der ersten Tests des Systems präsentierten die Wissenschaftler auf der Jahreskonferenz der American Society for the Advancement of Artificial Internal Organs (ASAIO), wo sie eine Auszeichnung für die vielversprechendste Forschung auf dem Gebiet künstlicher Herzen erhielten.

Der nächste Schritt für die Autoren des Prototyps besteht darin, die drahtlose Stromversorgung für ein künstliches Herz zu testen, das einem Versuchstier implantiert wird.

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