Die Erfindung des Herzschrittmachers ist eine große Errungenschaft der Medizin, die tagtäglich Leben rettet. Doch selbst die modernsten Geräte haben einen entscheidenden Nachteil: Sie werden mithilfe von Batterien betrieben – und denen geht irgendwann der Saft aus. Patienten müssen sich deshalb alle fünf bis zwölf Jahre unter das Messer legen, damit ihr Schrittmacher ausgetauscht werden kann. Wie jede größere Operation ist dieser Eingriff mit Risiken behaftet und kann zu ernsten Komplikationen wie Infektionen oder Blutungen führen. Aus diesem Grund suchen Forscher schon länger nach Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen: Wie kreiert man eine Energiequelle, die den Schrittmacher über die gesamte Lebensdauer des Patienten hinweg mit Strom versorgen kann?
Eine vielversprechende Idee ist in diesem Zusammenhang, das Herz selbst als Energielieferanten zu nutzen. Die kinetische Energie des schlagenden Organs wird dabei in elektrische Energie umgewandelt, die dann das implantierte Gerät betreibt – so zumindest die Theorie. Denn obwohl solche Ansätze in den vergangenen Jahren vielfach getestet wurden, blieb der entscheidende Erfolg aus. “Es ist bis jetzt noch nicht gelungen, moderne Herzschrittmacher auf diesem Weg mit ausreichend Strom zu versorgen”, schreiben Ning Li von der Second Military Medical University in Shanghai und seine Kollegen. Nun aber hat das Wissenschaftlerteam einen Mini-Generator entwickelt, der genau das schafft.
Verformung generiert Energie
Die Entwicklung besteht aus einem flexiblen Plastikrahmen, der Schichten aus sogenannten piezoelektrischen Materialien umgibt. Der Clou: Diese Materialien generieren eine elektrische Spannung, wenn sie elastisch verformt werden. Ob dies ausreicht, um einen gängigen Herzschrittmacher zu betreiben, testeten die Forscher an einem ausgewachsenen Schwein, dem sie den Generator in den Herzbeutel implantierten. Es zeigte sich: Das schlagende Herz kann das Material tatsächlich verformen und auf diese Weise genügend Energie für einen modernen Schrittmacher liefern. Die erreichten Werte betrugen dabei bis zu 20 Volt und 15 Mikroampere. Das ist höher als in sämtlichen früheren Studien aus diesem Bereich, wie Li und seine Kollegen betonen.
Einen Herzschrittmacher ohne Batterie in einem großen Säugetier betreiben zu können, ist ihnen zufolge ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu ihrem Ziel: einem sich quasi selbstversorgenden Schrittmacher, der ein Leben lang hält. Die nächsten Schritte werden nun sein, diesen Ansatz in weiteren Studien zu optimieren und schließlich in klinischen Tests auf die Probe zu stellen. “Gelingt die Einführung in die Praxis, wären Patienten von der bisher nötigen Austauschoperation befreit – oder müssten zumindest deutlich seltener operiert werden”, schließen die Wissenschaftler.
