Forschungsschwerpunkte

• Künstlich hergestelltes Herzgewebe (Engineered Heart Tissue EHT) zur Myokardregeneration
• Einsatz von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hIPSC) zur Herzmuskelregeneration

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Experimentelle Pharmakologie und Toxikologie beschäftigt sich unsere Arbeitsgruppe mit der Weiterentwicklung und Optimierung von künstlich hergestelltem Herzgewebe, dem sogenannten Engineered Heart Tissue (EHT), und dessen Einsatz in präklinischen Modellen.

EHTs sind künstlich hergestellte, dreidimensionale spontan kontrahierende Herzmuskelkonstrukte mit pharmakologischen, sowie mechanischen Eigenschaften von nativem Herzgewebe. Durch Fortschritte in der Zellbiologie können mittlerweile menschliche Herzmuskelzellen aus induzierten pluripotenten Stammzellen hergestellt werden, welche als Grundlage für die Fertigung der EHTs dienen. Diese können als Gewebeersatztherapie für geschädigte Herzen genutzt werden. Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich vorwiegend mit der in-vivo Transplantation der EHTs im Kleintiermodell und den Fragestellungen der Verbesserung der Herzfunktion nach EHT Implantation, der elektrischen Kopplung zwischen EHT und Empfängermyokard sowie der Vaskularisierung der EHTs.

Unsere Arbeitsgruppe ist Mitglied des Cardiovascular Research Center Hamburg.

Myokardiale Entlastung

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Zelluläre und Integrative Physiologie und dem Institut für Experimentelle Pharmakologie und Toxikologie des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf werden in der Klinik für Herz- und Gefäßchirurgie des Universitären Herzzentrums Hamburg die Auswirkungen der myokardialen Entladung auf Phosphorylierungen und Dephosphorylierungen von Proteinen im Kardiomyozyten untersucht.

Hierfür wurde ein Kleintiermodell etabliert in dessen Rahmen die heterotope Herztransplantation durchgeführt wird. Mit Hilfe dieses Modells kann eine mechanische Herzentlastung, wie sie im klinischen Alltag z.B. durch Herzunterstützungssysteme (VAD-Systeme) im Menschen generiert wird, simuliert werden.

Dadurch können Veränderungen in Herzmuskelzellen mit Hilfe von Western-Blotting, Immunhistochemie und molekularbiologischen Untersuchungen (z.B. qPCR) nachgewiesen werden.

Im Besonderen hat sich unsere Arbeitsgruppe auf die heterotope Herztransplantation von bereits hypertrophen und insuffizienten Herzen spezialisiert. Dafür wird vor der geplanten Transplantation eine TAC (Transverse aortic constriction) durchgeführt. Somit kann erstmals in einem Kleintiermodell eine VAD Therapie im bereits vorgeschädigten Herzen simuliert werden.

MCS-Forschung (mechanical circulatory support)

Schwerpunkte der Forschung sind, in enger Kooperation mit dem Institut für zelluläre und integrative Physiologie im Rahmen des Cardiovascular Research Center (CVRC), die physiologischen Vorgänge, die unter mechanischer Kreislaufunterstützung stattfinden. Im Rahmen dieser Versuchsvorhaben werden die Erkenntnisse, die im Kleintiermodell erworben wurden, versucht, im Großtier und bei den Patienten nachzuvollziehen, damit sie letztlich helfen, die Patientenversorgung zu verbessern.

Unsere Arbeitsgruppe untersucht im Speziellen, wie sich der fehlende Puls auf den Organismus auswirkt. Es interessiert uns, wie sich die Regulierung des Blutdrucks und der Gefäße unter einer Therapie mit mechanischer Kreislaufunterstützung verändert. Ziel ist es, die Vorgänge, die Vorgänge besser zu verstehen und damit mögliche Komplikationen bei Patienten im Langzeitverlauf weiter zu reduzieren.

Außerdem gilt unser Interesse neuen Herzunterstützungssystemen und minimal- invasiven Techniken zur Implantation dieser Systeme. Diese werden sowohl im Rahmen der Versorgungsforschung evaluiert, als auch experimentell im Großtier auf ihre Auswirkung auf den Organismus.

Dieses Vorhaben wird durch den HeartWare/ ISHLT award for translational research in mechanical circulatory support durch die Internatioinal Society for Heart and Lung Transplantation gefördert.

Lungentransplantation - Forschung

Im Bereich der Lungentransplantation wird derzeit an unserem Zentrum eine klinsiche Studie zur Medikamentenwirksamkeit durchgeführt. Hierbei handelt es sich um eine prospektive, randomisierte, kontrollierte, offene 12-monatige Phase III Parallelgruppenstudie zur Untersuchung der Wirksamkeit in Bezug auf die Nierenfunktion von Everolimus (Certican) in Kombination mit einer zentrumsspezifischen Therapie. Diese Behandlung wird mit einer Dreifach-Standard-Immunsuppressions-Therapie bei lungentransplantierten Patienten verglichen. Diese Studie wir durch das Kürzel 4EverLung abgekürzt. Die Teilnahme ist, wie bei jeder Studie, freiwillig.

Ein experimentelles Projekt soll die Organfunktion durch Beatmung und Perfusion des Spenderorgans verbessern (EVLP, Ex-Vivo-Lung-Perfusion). Aufgrund der Organknappheit sind die Wartezeiten, trotz verbesserter Vergabe der Organe (LAS), noch deutlich zu lang. Derzeit können nur Lungen für eine Transplantation akzeptiert werden, die die langen Transportzeiten in einer Eisbox überstehen. Um den Spenderpool deutlich zu erweitern, sollen Organe nach dem Eintreffen in unserem Zentrum konditioniert werden. Erst wenn die Qualität höchsten Ansprüchen entspricht, werden diese Lungen für die Transplantation akzeptiert.

Die beschriebenen minimal-invasiven Therapieverfahren werden fortwährend auf ihren Nutzen für die Patienten hin überprüft. Die sorgfältige wissenschaftliche Evaluation der neuen Verfahren hinsichtlich klinischer Vorteile für die Patienten etwa in Abgrenzung gegenüber konventioneller Techniken, der Vergleich verschiedener minimal-invasiver Verfahren oder die vergleichende Auswertung unterschiedlicher Herzklappensysteme sind hier beispielhaft zu nennen.

Minimal-invasive Mitralklappenrekonstruktion

Die minimal-invasive Mitralklappenrekonstruktion wird am UHZ Hamburg seit vielen Jahren routinemäßig durchgeführt, unsere Klinik hat auf diesem Gebiet eine internationale Vorreiterrolle inne. Die vollendoskopische OP-Technik, die unter Einsatz eines 3D-Endoskops und ohne Rippenspreizung über eine ca. 3-4 cm messende Hautinzision durchgeführt wird stellt den jüngsten technischen Fortschritt dar. Dieses neue Verfahren befindet sich in der fortwährenden wissenschaftlichen Analyse im Vergleich zur herkömmlichen Technik (2D Endoskop, Interkostalsperrer) und zu Verfahren über eine mediane Sternotomie. Zudem werden verschiedene Rekonstruktionstechniken verglichen (zum Beispiel Goretex NeoChordae versus Goretex Loops versus trianguläre Resektion).

Minimal-invasiver Aortenklappenersatz

Das UHZ Hamburg ist an zahlreichen internationalen multizentrischen Studien zur Evaluation neuer Prothesentypen zum Aortenklappenersatz beteiligt. Hervorzuheben sind hier neue nahtfreie Klappensysteme, die minimal-invasive Techniken erleichtern und so eine besonders zügigen OP Verlauf ermöglichen (siehe Abbildung: Perceval). Auch die vergleichende Bewertung verschiedener minimal-invasiver Techniken (zum Beispiel rechts-anteriore Minithorakotomie versus partielle obere Sternotomie) gehört auf diesem Gebiet zu den Forschungsschwerpunkten.

Die beschriebenen kathetergestützten Therapieverfahren werden fortwährend auf ihren Nutzen für die Patienten hin überprüft. Die sorgfältige wissenschaftliche Evaluation der neuen Verfahren hinsichtlich klinischer Vorteile für die Patienten etwa in Abgrenzung gegenüber konventioneller Techniken, der Vergleich verschiedener minimal-invasiver Verfahren oder die vergleichende Auswertung unterschiedlicher Herzklappensysteme sind hier beispielhaft zu nennen.

Kathetergestützte Aortenklappenimplantation (TAVI)

Die Technik der kathetergestützten Aortenklappenimplantation gewinnt weltweit zunehmend an Bedeutung. Während die Indikation zunächst auf häufig ältere inoperable oder Hochrisikopatienten begrenzt war deutet sich inzwischen aufgrund ermutigender klinischer Ergebnisse eine Ausweitung hin zu jüngeren Patienten mit mittlerem operativen Risiko an. Die Aufarbeitung der klinischen Ergebnissse dieses neueren Verfahrens gehört zu den wissenschaftlichen Schwerpunkten am UHZ Hamburg. Es werden die eigenen Daten hinsichtlich klinischer Ergebnisse aufgearbeitet und bezüglich spezieller Fragestellungen hin überprüft. Hierzu gehören der Vergleich verschiedener Zugangswege (zum Beispiel transfemoral versus transapikal) oder verschiedener Klappensysteme oder aber der Einsatz der TAVI bei ausgewählten Patientengruppen (zum Beispiel: Patienten mit eingeschränkter Nierenfunktion, bikuspid angelegter Aortenklappe, reduzierter linksventrikulärer Pumpfunktion oder begleitender Klappenvitien). Das UHZ Hamburg ist überdies an der Entwicklung neuer Klappensysteme oder neuer begleitender Techniken (zerebrale Embolieprotektion, vaskuläre und apikale Verschlußsysteme, Schleusensysteme) vielfältig beteiligt.

Kathetergestütztes Mitralklappen-Clipping (MitraClip)

Das MitraClip Verfahren wurde in Europa zuerst am UHZ Hamburg angewendet. Bis heute besteht hier die weltgrößte Einzelzentrumserfahrung. Die Ergebnisse dieser Therapie werden fortwährend wissenschaftlich begleitet. Zum einen werden die eigenen Daten hinsichtlich der Indikation bei unterschiedlichen Patientenkollektiven (zum Beispiel funktionelle versus degenerative Mitralklappeninsuffizienz, Einsatz bei Patienten mit fortgeschrittener Herzinsuffizienz, geschlechts-spezifische Unterschiede) oder in Abgrenzung zur chirurgischen Therapie evaluiert. Das UHZ Hamburg nimmt zum Teil federführend an internationalen Registern (TRAMI Register, ACCESS-EU Register) oder multizentrischen Studien (Matterhorn Studie, HiRiDe Studie) teil.

• Teilnahme einer Multi-Center Studie zur Evaluation der Langzeitergebnisse nach Bypass-Operation (ECAB-Studie), D. Reichart
• Evaluation der OPCAB-Ergebnisse im Vergleich zum on-pump Verfahren, Dr. Schneeberger
• Vergleich unterschiedlicher arterieller Grafts und Techniken, Dr. Schönebeck
• Konzepte bei Notfallpatienten zur Minimierung des Traumas und Verkürzung der kardialen Ischämiezeit, D. Reichart

Elektrophysiologische Chirurgie - Forschung

Im Rahmen der Forschung beschäftigen wir uns mit der Optimierung der Entfernung langjährig implantierter Sonden unter Zuhilfenahme verschiedener Extraktionsinstrumente. Ein weiterer klinischer Forschungsschwerpunkt liegt bei der Versorgung von Patienten mit infizierten Herzschrittmachern, ICD- oder CRT-Systemen. Sowohl die Überbrückung nach der Explantation mit einem temporären, transcutanen (von außen auf der Haut liegenden) Herzschrittmacher als auch die Versorgung mit einem tragbaren Defibrillator stehen hier im Mittelpunkt.

Im Bereich der klinischen Forschung beschäftigen wir uns mit dem Einfluss verschiedener Faktoren auf das Ergebnis nach einer begleitenden chirurgischen Vorhofflimmerablation. Hierdurch versuchen wir Prädiktoren für eine erfolgreiche Ablation zu definieren und diese Informationen auch klinisch umzusetzen. Hierdurch soll für jeden Patienten die geeignete Behandlungsmethode definiert werden und unter Berücksichtigung der Art und Dauer des Vorhofflimmerns das entsprechende Ablationskonzept angewendet werden. Des Weiteren beschäftigen wir uns mit der postoperativen Rhythmusüberwachung nach Ablation mittels kontinuierlicher implantierbarer Rhythmusdevices. Diese kleinen implantierbaren Detektoren erlauben eine kontinuierliche EKG Aufzeichnung. Hierdurch können wichtige Informationen über Art und Dauer möglicher Rhythmusstörungen gewonnen werden, welche dann für eine weitere Therapiesteuerung der Antiarrhythmika sowie Antikoagulation eingesetzt werden können.

Im Bereich der Grundlagenwissenschaften beschäftigen wir uns in Zusammenarbeit mit dem Institut für Experimentelle Pharmakologie und Toxikologie mit dem Einfluss von verschiedenen pharmakologischen Substanzen auf die Kontraktionskraft des Vorhofgewebes bei Patienten mit Vorhofflimmern. Des Weiteren werden zelluläre elektrophysiologische Untersuchungen, mithilfe der sogenannten Patch-Clamp Technik durchgeführt, um Ionenströme und Kanäle zu identifizieren die bei der Entstehung und Aufrechterhaltung des Vorhofflimmerns eine Rolle spielen.