SPP 2014 „Towards an Implantable Lung“

Konzept und Ziele

Funktionsausfälle von Organen können dauerhaft nur durch Transplantationen oder künstliche Organe kompensiert werden. Aufgrund des Mangels an geeigneten Spenderorganen wird jedoch nur ein sehr kleiner Teil der Funktionsausfälle von Organen durch Transplantationen therapiert werden können. Daher wird der künstliche Organersatz die wesentliche Behandlungsoption der näheren Zukunft darstellen. Während heute ein künstlicher langfristiger Organersatz für z.B. Niere und Herz eine reale Therapieoption darstellt, steht die Entwicklung einer implantierbaren künstlichen Lunge noch am Anfang. In den letzten Jahren wurden zwar in der Optimierung des inzwischen etablierten Kurzzeiteinsatzes eines extrakorporalen Lungenunterstützungssystems erhebliche Fortschritte gemacht, jedoch erlauben die bisherigen technischen Lösungen nicht, Lungenersatzsysteme langfristig im Sinne einer implantierbaren künstlichen Lunge zu nutzen. In den heute verfügbaren Systemen wird der langfristige Einsatz durch verschiedenste Faktoren limitiert. Vor allem durch Biokompatibilitätsprobleme kommt es zu einer Aktivierung der Entzün-dungs- und Gerinnungskaskade, wodurch sich Gerinnsel innerhalb des extrakorporalen Systems bilden. Diese Thrombenbildung wird durch suboptimale Strömungsverhältnisse aggraviert, wenn im Membranoxygenator Areale unphysiologischen Blutflusses auftreten. Parallel kommt es zu Ablagerung von Proteinen und Fibrin auf der Gasaustauschmembran mit konsekutiver eingeschränkter Gasaustauschleistung, die den Langzeiteinsatz limitieren. Darüber hinaus ermöglichen heutige Kurzzeitlungenersatzsysteme nahezu keine individuell einstellbaren Gastransferraten für O2 oder CO2. Ziel dieses SPPs ist es daher, eine koordinierte, grundlagenwissenschaftliche Forschung zur Lösung, der heute dem Langzeiteinsatz und der Implantation eines Lungenunterstützungssystems im Wege stehenden Probleme zu ermöglichen. Im Rahmen dieses SPPs soll die Biokompatibilität der Fremdoberflächen verbessert und Strategien für neue Antikoagulations-Regime, Ansätze zur Optimierung der Gas-und Blutströmung unter Berücksichtigung des individuellen Patientenbedarfs und Lösungen zur Miniaturisierung der Systeme verfolgt werden. Mittels zu entwickelnder In-vitro-und In-vivo-Testmöglichkeiten sollen diese Strategien im Sinne der Qualitätssicherung durch standardisierte Verfahren validiert werden. Des Weiteren soll auch die Beeinflussung der Pathophysiologie durch eine Langzeitunterstützung betrachtet werden. Die Umsetzung dieses SPPs „Towards an Implantable Lung“ erfordert komplementäre gut vernetzte Kompetenzen in den Natur-, Ingenieur-und Materialwissenschaften sowie in der Medizin und der Medizintechnik. Auf dieser Basis sollen durch interdisziplinäre Teams Synergien geschaffen und wesentliche Schritte hin zur Entwicklung einer künstlichen implantierbaren Lunge getan werden.