Mehrkomponenten-Verfahren SULEEI für längere Funktionsdauer biologischer Herzklappen

Mit dem am Fraunhofer FEP neu entwickelten Verfahren SULEEI kann dezellularisiertes Perikard-Gewebe zur Stabilisierung und Sterilisation durch Foto-initiierte ultraviolette Quervernetzung mit einem niederenergetischem Elektronenstrahl behandelt und vernetzt werden. Dieses Verfahren bietet neue Optionen für eine längere Funktionsdauer von biologischen Herzklappenprothesen und wird in der Klinik für Herzchirurgie an der TU Dresden getestet. Erste Ergebnisse werden auf der XPOMET (10.–12. Oktober 2019, in Berlin) im Showcase „Future Hospital“ und am Stand des Fraunhofer FEP vorgestellt.

In den letzten Jahren lässt sich ein deutlicher Trend zur Verwendung von biologischen Prothesen erkennen. Bioprothesen werden v.a. aus Rinderperikard (Herzbeutel) oder Schweineherzklappen gefertigt. Der wesentliche Vorteil ergibt sich durch die fehlende Notwendigkeit einer dauerhaften Blutverdünnung, da es sich um nicht thrombogenes Material handelt. Nachteilig ist die eingeschränkte Funktionsdauer von biologischen Prothesen. Nach 10-15 Jahren kommt es bei 30-40% aller Patienten zu ähnlichen degenerativen Veränderungen wie bei der nativen Klappe mit einer entsprechenden Klappenverengung. 

Ursachen für diese Prothesendegeneration liegen mutmaßlich im Herstellungsprozess. Um Stabilität und Sterilität der Bioprothesen zu gewährleisten und Immunreaktionen vorzubeugen, wurde in den 1970er Jahren der – noch heute aktuelle – Goldstandard, die Vorbehandlung des biologischen Gewebes mit der zytotoxischen Substanz Glutaraldehyd entwickelt. Toxische Rückstände und die begünstigte Kalziumablagerung verursachen den frühzeitigen Funktionsverlust der Bioprothesen. Trotz zahlreicher alternativer Vorbehandlungsmethoden konnte Glutaraldehyd bisher nicht durch Alternativen ersetzt werden.

Am Fraunhofer FEP, im Bereich Medizinische und Biotechnologische Applikationen, wurde in Zusammenarbeit mit der Forschungsabteilung der Klinik für Herzchirurgie der Medizinischen Fakultät CGC der TU Dresden das SULEEI-Verfahren entwickelt. Dabei handelt es sich um eine neue Behandlungsmethode von dezellularisiertem Perikard-Gewebe zur Stabilisierung und Sterilisation (S) durch Foto-initiierte ultraviolette Quervernetzung (U) mit einem niederenergetischen Elektronenstrahl (LEEI). Die Wissenschaftler der Klinik für Herzchirurgie erforschen die Pathogenese der Aortenklappenstenose, die meist mit der Sklerose einhergeht.

Simona Walker, Doktorandin des Fraunhofer FEP, erklärt die Innovation: “Das SULEEI-Verfahren ist eine einzigartige Kombination zweier Wirkungsweisen: Es ist ein Mehrkomponentenverfahren, in dem im ersten Schritt das dezellularisierte biologische Gewebe durch eine Vitamin-B2-UV-Behandlung neu vernetzt wird. Dieser Effekt wird durch eine nachträgliche Behandlung mit niederenergetischen Elektronen noch verstärkt. Die Elektronen erzielen dabei gleich mehrere Wirkungen. Es werden Vernetzungsgrade ähnlich der bekannten Glutaraldehyd-Behandlung erzielt. Somit werden durch die Verwendung nicht-toxischer Substanzen die allgemeine Biokompatibilität, also Verträglichkeit, erhöht und gleichzeitig werden nachträgliche Sterilisationsschritte unnötig.“

„Die Kooperation mit dem Fraunhofer FEP ermöglicht die Weiterentwicklung eines auch für den Patienten bedeutenden Konzeptes der Verbesserung der Haltbarkeit von biologischen Aortenklappenprothesen“, fasst Prof. Sems-Malte Tugtekin, Leiter der Forschungsabteilung der Klinik für Herzchirurgie, zusammen.

Beide Kooperationspartner sind sich einig: „Die Anwendung dieses innovativen SULEEI-Verfahrens zur Gewebsaufbereitung für biologische Herzklappen eröffnet die Möglichkeit, neue Bioprothesen mit bisher nicht erreichter Haltbarkeit zu entwickeln.“, sagt Dr. Ulla König, stellvertretende Bereichsleiterin am Fraunhofer FEP.