„In allen durchgeführten Tests konnte die von uns entwickelte Mini-Turbine aus dem Blutstrom ausreichend Energie gewinnen, um einen Herzschrittmacher ohne Elektroden und ohne Batterie zu betreiben“, so Dr. Adrian Zurbuchen vom Inselspital Bern, der dem Entwicklerteam angehört.
„Außerdem bietet der Prototyp genügend Raum für eine Integration der notwendigen Schrittmacherelektronik.“ Der Hintergrund des neuen Konzepts: Trotz aller technischen Fortschritte limitieren Batterien heute nach wie von die Lebensdauer von Herzschrittmachern und machen wiederholte chirurgische Eingriffe erforderlich.
Speziell gelte das für die neue Generation von endokardialen Schrittmachern, so Dr. Zurbuchen: „Einmal im Myokard eingekapselt, ist der Zugang zur erschöpften Batterie stark eingeschränkt und erhöht das Risiko für einen Austausch des Implantats massiv. Um Patienten solche Nachteile und Risiken zu ersparen, sind batterielose Herzschrittmacher erstrebenswert.“
Leistungsverbrauch von ca. 5 Mikrowatt
Tatsächlich könnte der Körper der Patienten selbst alternative Energiequellen liefern: Das Herz pumpt kontinuierlich Blut in den Kreislauf und wendet dafür mehr als ein Watt Leistung auf. Dies entspricht den Schweizer Experten zufolge einem rund 200 000-fachen durchschnittlichen Leistungsverbrauch eines modernen Herzschrittmachers von rund 5 Mikrowatt.
Einen Teil dieser Energie wollen die Berner Experten nutzen, um einen Herzschrittmacher zu betreiben. Die interdisziplinäre Gruppe aus Kardiologen und Ingenieuren hat sich für die Entwicklung einer miniaturisierten Turbine entschieden, die nach dem Prinzip der Kaplan-Turbinen in Wasserkraftwerken funktioniert. Das torpedoförmige Implantat mit einem Durchmesser von 6,2 Millimetern und einem Gewicht von 3,6 Gramm wird von Blut umströmt, das ein Schaufelrad zum Rotieren bringt.
Über eine magnetische Kupplung treibt das Schaufelrad einen Mikrogenerator im Inneren des Gehäuses an und generiert so die benötigte elektrische Energie. „Das Schaufelrad wurde für einen physiologischen Blutfluss im rechtsventrikulären Ausflusstrakt (RVOT) konzipiert und mit einem 3D Drucker hergestellt“, so Dr. Zurbuchen.
„Der Turbinen-Prototyp wurde in einem Versuchsaufbau getestet, bei dem realistische hämodynamische Bedingungen im RVOT nachgeahmt werden konnten. Die Versuche wurden mit einem Blutanalogon bei einer Herzfrequenz von 60 Schlägen pro Minute durchgeführt.“
