An der Neurochirurgischen Klinik des Uniklinikums Würzburg wurden im März
dieses Jahres die weltweit ersten beiden Parkinson-Patienten mit einem
neuen Neurostimulatorsystem versorgt. Als Besonderheit können dessen
Elektroden nicht nur gezielt die fraglichen Gehirnbereiche stimulieren,
sondern auch kontinuierlich Gehirnströme erfassen.

Die Tiefe Hirnstimulation (THS) ist ein seit Jahrzehnten etabliertes
Verfahren zur Behandlung von neurologischen Bewegungsstörungen, wie sie
beispielsweise bei Morbus Parkinson auftreten können. Am Uniklinikum
Würzburg (UKW) werden in einer Kooperation zwischen den Kliniken für
Neurochirurgie und Neurologie aktuell jährlich rund 60 dieser
„Hirnschrittmacher“ implantiert. Am 17. und 18. März dieses Jahres
versorgte Prof. Dr. Cordula Matthies, die stellvertretende Direktorin der
Klinik für Neurochirurgie des UKW, und ihr Team als Weltpremiere zwei
Patienten mit einer neuen Generation von THS-Systemen. „Mit der sogenannte
BrainSense-Technologie geben die Neuromodulatoren nicht nur kontinuierlich
Impulse an eng umgrenzte Hirnareale ab, sie können auch erstmals rund um
die Uhr Gehirnsignale erfassen. Damit werden Daten gesammelt, die
zukünftig der Optimierung der Therapie dienen können“, beschreibt Prof.
Matthies.

Stimulation beseitigt krankhafte Hirnsignale

Wie bei der herkömmlichen THS auch, besteht das neue System aus einem
kleinen Gerät, das ähnlich einem Herzschrittmacher an der Brust unter der
Haut implantiert wird. Von dort werden durch ebenfalls unter der Haut
geführte, feine Drähte elektrische Signale zu hochpräzise im Gehirn
platzierten, jeweils etwa 1,2 Millimeter starken und 1,5 Millimeter langen
Elektroden gesendet. Die elektrische Stimulation der meist nur wenige
Kubikmillimeter großen Hirnareale beseitigt die krankhaften
Signalveränderungen, die eine normale Hirnfunktion stören.

Präzise Steuerung des Stimulationsfeldes

Bei vielen herkömmlichen Elektroden sind die Kontakte ringförmig. Sie
stimulieren gleichförmig in alle Raumrichtungen. „Im Gegensatz dazu sind
die Elektroden des neuen Systems segmentiert, wodurch das Stimulationsfeld
noch präziser in therapeutisch relevante Richtungen gesteuert werden
kann“, schildert Prof. Dr. Jens Volkmann, der Direktor der Klinik für
Neurologie des UKW. So lassen sich nach seinen Worten Nebenwirkungen, wie
zum Beispiel Sprechstörungen, die sich aus der ungewollten Stimulation
benachbarter Areale ergeben können, besser vermeiden.

Gehirnströme werden kontinuierlich aufgezeichnet

Darüber hinaus sind die sogenannten Sensight-Elektroden als weltweit
einzige so ausgestattet, dass sie Gehirnströme kontinuierlich aufzeichnen
und zur Speicherung im Steuergerät weiterleiten. In der Neurologischen
Klinik können diese Daten dann mit einem gegen Datenmissbrauch besonders
abgesicherten Bluetooth-System ausgelesen werden. „In Verbindung mit vom
Patienten selbst aufgezeichneten Ereignissen, Symptomen oder
Nebenwirkungen von Medikamenten erhalten wir so einen wertvollen
Datenschatz, aus dem wir in der Zukunft eine personalisierte, noch viel
gezieltere und variablere THS-Therapie entwickeln können“, freut sich
Prof. Volkmann.

Datenschatz für die Entwicklung zukünftiger Kontrollalgorithmen

Der Weg dahin gehört zu den Forschungsschwerpunkten seiner Klinik. Er
erläutert: „Wenn wir in Zukunft von möglichst vielen Patienten die
entsprechenden Messdaten gewinnen, ist es möglich, mittels Big-Data-
Analysen Muster zu erkennen, aus denen sich dann Algorithmen für eine
bedarfsgerechte statt der bisherig kontinuierlichen Stimulation entwickeln
lassen.“ Die beiden ersten am UKW mit dem System ausgestatteten Parkinson-
Patienten seien demnach wissenschaftliche Pioniere, die zwar von den
generellen Vorteilen einer THS profitieren, aber aus der Datenmessung noch
keinen unmittelbaren persönlichen Gewinn ziehen würden. „Allerdings hält
die Batterie des Schrittmachers drei bis vier Jahre und es ist durchaus
wahrscheinlich, dass in dieser Zeit die ersten Kontrollalgorithmen
entwickelt werden, mit denen ihr implantiertes System dann individuell
nachprogrammiert werden kann“, kündigt Prof. Volkmann an.

Personen mit Diabetes haben ein erhöhtes Risiko für eine schwerwiegende
COVID-19-Erkrankung im Vergleich zu Personen ohne Diabetes. Die Frage
stellt sich, ob alle Personen mit Diabetes ein erhöhtes Risiko für einen
schweren COVID-19-Verlauf haben, oder ob bestimmte Risikofaktoren auch
innerhalb dieser Gruppe zu erkennen sind. Eine neue Studie des Deutschen
Diabetes-Zentrums hat sich nun genau mit diesem Thema beschäftigt und
dabei relevante Erkenntnisse gewonnen.

Düsseldorf (DDZ) – Die COVID-19-Pandemie stellt die Wissenschaft und den
Gesundheitssektor vor bisher nie gekannte Herausforderungen. Während bei
einigen Menschen mit einer SARS-CoV-2-Infektion die Erkrankung kaum
bemerkt wird, verläuft sie bei anderen Betroffenen sehr viel
schwerwiegender und endet teilweise tödlich. Bisher ist jedoch das Wissen
um den Verlauf einer COVID-19-Erkrankung noch recht dünn. Allerdings
kristallisierte sich Diabetes zunehmend als einer der Risikofaktoren
heraus, der den Schweregrad der Erkrankung bestimmt. Mehrere
Untersuchungen zu Diabetes und SARS-CoV-2 beobachteten bereits eine etwa
zwei- bis dreifache Erhöhung der Sterblichkeit aufgrund von COVID-19 bei
Personen mit Diabetes im Vergleich zu Personen ohne Diabetes. Umso
wichtiger sind Studien, die die Risikofaktoren von Menschen mit Diabetes
für schwerwiegende COVID-19-Erkrankungen genauer untersuchen.

Eine neue Studie des Deutschen Diabetes-Zentrums unter Federführung von
Dr. Sabrina Schlesinger, Leiterin der Nachwuchsforschergruppe
Systematische Reviews am Institut für Biometrie und Epidemiologie,
überprüfte daher die Risikophänotypen des Diabetes und ihre mögliche
Verbindung zum Schwergrad einer Erkrankung mit COVID-19. In ihrer
Metaanalyse fassten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
Ergebnisse aus 22 publizierten Studien zusammen, sodass insgesamt mehr als
17.500 Personen mit Diabetes und bestätigter SARS-CoV-2-Infektion in diese
Untersuchung einflossen. Für Personen mit Diabetes und SARS-
CoV-2-Infektion wurde das männliche Geschlecht, ein höheres Alter (>65
Jahre), hohe Blutglukose-Spiegel (zum Zeitpunkt der Einlieferung in das
Krankenhaus), die chronische Behandlung mit Insulin, sowie bestehende
Begleiterkrankungen (wie z.B. Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder
Nierenerkrankung) als Risikofaktoren für einen schweren COVID-19-Verlauf
identifiziert. Andererseits zeigten die Ergebnisse, dass die chronische
Metforminbehandlung mit einem reduzierten Risiko für einen schweren
COVID-19-Verlauf einherging.

„Diese aktuelle systematische Übersichtsarbeit und Meta-Analyse beschreibt
innerhalb der Hochrisiko-Gruppe, nämlich Diabetes mellitus, jene Personen
mit dem höchsten Risiko eines schweren COVID-19 Verlaufes“, erklärt Prof.
Michael Roden, Wissenschaftlicher Direktor und Vorstand des Deutschen
Diabetes-Zentrums. „Diese Ergebnisse werden dazu beitragen, Personen mit
Diabetes noch besser einzuordnen, um ihre Therapie zu verbessern und den
Verlauf zu mildern.“

Die in der Studie identifizierten Risikofaktoren – d. h. ältere Personen,
i.d.R. männlich, mit komorbiden Erkrankungen und chronischer
Insulinbehandlung – können somit als Indikatoren für den Schweregrad des
Diabetes oder für einen insgesamt schlechten Gesundheitszustand angesehen
werden. „Einige Ergebnisse, insbesondere zu diabetes-spezifischen
Faktoren, wie z.B. Typ oder Dauer des Diabetes und weitere Behandlungen,
sind jedoch noch ungenau geschätzt und die Aussagekraft ist gering. Um die
Aussagekraft zu stärken, werden weitere Primärstudien benötigt, die diese
spezifischen Risikofaktoren untersuchen und andere, relevante
Einflussfaktoren in ihrer Analyse berücksichtigen“, sagt Dr. Schlesinger.
Ihr Forschungsteam arbeitet daher bereits an einer nächsten Version dieser
Übersichtsarbeit: „Diese Übersichtsarbeit stellt die aktuelle Studienlage
dar und wird regelmäßig aktualisiert, solange neue Erkenntnisse zu diesem
Thema verfügbar sind“, so Dr. Schlesinger.

Gefäßchirurg Dr. Rouven Berndt und Kollegen entwickeln neuartigen 3D-
Biodrucker, um feine Blutgefäße für Bypass-Implantate zu erzeugen –
unterstützt durch Dr. Rusche-Projektförderung der Deutschen Stiftung für
Herzforschung

Ein Hoffnungsschimmer für Bypass-Patienten: Gemeinsam mit einem
Wissenschaftler-Team gelang es dem Kieler Gefäßchirurgen Dr. med. Rouven
Berndt den Prototypen eines neuartigen 3D-Biodruckers zu entwickeln, um
feine Blutgefäße für Bypass-Implantate zu erzeugen. Der Oberarzt an der
Klinik für Herz- und Gefäßchirurgie am Universitätsklinikum Schleswig-
Holstein (UKSH), Campus Kiel, erhält für sein Forschungsprojekt die von
der Deutschen Stiftung für Herzforschung (DSHF) finanzierte Dr. Rusche-
Forschungsförderung von 53.000 Euro. „Insbesondere bei Herzpatienten, die
keine geeigneten körpereigenen Venen für die Gewinnung eines Bypass-
Gefäßes aufweisen, könnte dieses neue Verfahren ein enormer Fortschritt
für die Herz-Bypass-Chirurgie bedeuten, besonders in punkto
Patientensicherheit“, betont Prof. Dr. med. Armin Welz, Herzchirurg und
Vorsitzender des Wissenschaftlichen Beirats der DSHF, die von der
Deutschen Herzstiftung (www.herzstiftung.de) 1988 gegründet wurde.
Verengte oder verstopfte Herzkranzgefäße, die sogenannte koronare
Herzkrankrankheit (KHK), sind gefährlich, weil sie unbehandelt zu
lebensbedrohlichen Komplikationen wie Herzinfarkt führen können. Leicht zu
behandelnde Ein- oder Zweigefäßerkrankungen, also Engstellen in ein oder
zwei Herzkranzarterien, können in der Regel interventionell behandelt
werden, d. h. sie werden mit einem Ballon oder einer implantierten
Gefäßstütze (Stent) aufgedehnt. Bei Dreigefäßerkrankungen und
Hauptstammstenosen sind die Engstellen in der Regel operativ mit einem
Bypass zu überbrücken. In einer Bypass-Operation umgehen Herz- und
Gefäßchirurgen die verstopften Gefäße mit Adern oder Venen aus dem Körper.
Bypass bedeutet Umgehung. Sie nähen die gesunden Gefäße quasi als
Gefäßbrücken vor den Engstellen auf die Herzkranzgefäße auf, so dass das
Blut ungehindert zum Herzen fließen kann.

Rund 45.000 Bypässe pro Jahr in Deutschland
Bypass-Operationen sind mittlerweile Routineeingriffe; pro Jahr legen die
Herzchirurgen hierzulande rund 45.000 Bypässe. Das Problem: Bei circa 20
Prozent der Betroffenen, die eine Bypass-Operation benötigen, sind keine
geeigneten körpereigenen Gefäße vorhanden. „Besonders schwerwiegend ist
dieses Problem bei Patienten, die sich einem erneuten Eingriff unterziehen
müssen“, erklärt Berndt. „Viele Patienten bringen auch Venenerkrankungen
wie zum Beispiel Krampfadern mit, so dass wir gar nicht genügend Material
haben, um alle Engstellen zu behandeln.“ Dazu kommt: Fast die Hälfte der
Venenbypässe sind nach zirka zehn Jahren verengt oder verschlossen. Werden
bei einer peripheren arteriellen Verschlusskrankheit (pAVK)zum Beispiel
die Arterien des Beckens und der Beine mit einem Bypass aus Kunststoff
überbrückt, sind diese bei bis zu 40 Prozent der Betroffenen nach drei bis
fünf Jahren erneut verstopft.

Druckkopf erzeugt Schlauch aus körpereigenen Zellen
Vor diesem Hintergrund hat der Kieler Herzspezialist gemeinsam mit einem
Team aus Medizinern, Biologen und Ingenieuren der Technischen Hochschulen
in Kiel und Hamburg den Prototypen eines 3D-Biodruckers entwickelt. Mit
dem neuartigen Gerät gelingt es, feine Blutgefäße zu erzeugen. Für dieses
Projekt hat Dr. Berndt jetzt die von der DSHF finanzierte Dr. Rusche-
Forschungsförderung erhalten. Die Wissenschaftler in seinem Team besitzen
bereits Erfahrung in der Stammzellforschung, Zelltherapie und
Bioengineering in der Herz- und Gefäßmedizin. „Der von uns entworfene
Druckkopf kann einen Schlauch aus körpereigenen lebenden Endothel- und
Muskelzellen drucken“, sagt der Gefäßchirurg und Leiter des Projektes.
Kurz zur Erklärung: Die hauchdünnen flachen Endothelzellen kleiden die
Gefäße von innen aus. Die darüber liegenden Muskelzellen sorgen dafür,
dass sich Gefäße zusammenziehen und weiten können. Das sind wichtige
Eigenschaften, die dafür sorgen, dass Bypässe lang bestehen und
offenbleiben. „Der erzeugte Schlauch hat die erforderliche dünne Gefäßwand
und einen Durchmesser von vier bis sechs Millimeter“, kommentiert Dr.
Berndt. Gerade die Herstellung von vergleichsweise kleinen künstlichen
Bypässen sei in der Herz- und Gefäßchirurgie immer ein Heiliger Gral, so
Dr. Berndt, weil die meisten Materialien nicht geeignet erscheinen und es
zu frühzeitigen Verschlüssen kommen kann. In Laborexperimenten haben sich
die gedruckten Gefäße bereits bewährt. Erste Ergebnisse werden in Kürze in
wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht.

Ziel: Gedruckte Blutgefäße auch für andere Empfänger
Der von den Forschern entwickelte Prototyp des Biodruckers soll nun von
einem Unternehmen aus der Luft- und Raumfahrt industriell hergestellt
werden. Denn bisherige kommerziell verfügbare Biodrucker sind zum Beispiel
nicht in der Lage, Gefäß-Transplantate in der für Bypässe häufig
erforderlichen Gesamtlänge von 30 bis 40 Zentimetern zu erzeugen. Auch
wollen die Wissenschaftler in dem Forschungsprojekt untersuchen, ob die
gedruckten Blutgefäße langfristig in das bestehende Gefäßsystem biologisch
integriert werden. Das ist noch offen. Ein weiteres Ziel: Blutgefäße
sowohl für eine Bypass-Operation des Zellspenders zu drucken als auch für
andere Empfänger. „Verschiedene Zelllinien kann man genetisch so
verändern, dass sie bestimmte Merkmale und Eigenschaften nicht
entwickeln“, erklärt der Gefäßchirurg, „und so nicht als körperfremd
erkannt werden.“
(weg)

*Titel des Forschungsvorhabens:
„Entwicklung einer 3D-Bioprinting Plattform zur Herstellung
kleinkalibriger biologischer Bypass-Grafts zur autologen und allogenen
Implantation“

Forschung nah am Patienten
Dank der finanziellen Unterstützung durch Stifterinnen und Stifter,
Spender und Erblasser kann die Deutsche Herzstiftung gemeinsam mit der von
ihr 1988 gegründeten Deutschen Stiftung für Herzforschung (DSHF)
Forschungsprojekte in einer für die Herz-Kreislauf-Forschung
unverzichtbaren Größenordnung finanzieren. Die 2008 eingerichtete „Dr.
Rusche-Projektförderung“ ist mit 60.000 Euro dotiert und wird jährlich von
der DSHF zusammen mit der Deutschen Gesellschaft für Thorax-, Herz- und
Gefäßchirurgie (DGTHG) vergeben. Benannt ist der Stiftungsfond nach dem
Internisten Dr. Otwin Rusche (1938 bis 2007) aus Bad Soden, der die DSHF
in seinem Testament bedachte, um Forschungsprojekte auf dem Gebiet der
Herzchirurgie zu fördern. Bewerben können sich junge Wissenschaftlerinnern
und Wissenschaftler, die in Deutschland auf dem Gebiet der Thorax-, Herz-
und Gefäßchirurgie tätig sind (www.dshf.de).

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Zusatzmaterial für Redaktionen
Tipp: Der aktuelle Ratgeber „Koronare Herzkrankheit und Herzinfarkt“ der
Deutschen Herzstiftung bietet ausführliche Informationen über verschiedene
Behandlungsmöglichkeiten bei Koronarer Herzkrankheit und nach einem
Herzinfarkt. Betroffene und Interessierte Mitglieder können den Ratgeber
unter der Nummer 069 955128400 oder online unter www.herzstiftung.de
/infos-zu-herzerkrankungen/koronare-herzkrankheit kostenfrei bestellen.