Vollständig implantierbares LVAD für End

Jul 18, 2023

12. Februar 2021 Rukmani Sridharan Herzchirurgie, Kardiologie, Exklusiv

Patienten mit fortgeschrittener Herzinsuffizienz benötigen aufgrund der schweren Verletzungen des Herzmuskels häufig eine Herztransplantation.

Bei solchen Patienten werden häufig Linksherzunterstützungsgeräte (LVADs) eingesetzt, um das Herz dabei zu unterstützen, Blut durch den Körper zu pumpen, während sie auf eine Transplantation warten. Diese Geräte werden auch kurzfristig zur Unterstützung des Herzens von Patienten nach einer Herzoperation eingesetzt und werden zunehmend auch als langfristige Option für Patienten eingesetzt, die keine Transplantation erhalten können.

Medgadget hatte Gelegenheit, mit Greg Aber, CEO von Corvion Inc., zu sprechen, einem Unternehmen, das ein vollständig implantierbares LVAD entwickelt hat. Sie wurden kürzlich von der FDA als bahnbrechendes Gerät ausgezeichnet und wollen im Jahr 2022 mit klinischen Studien am Menschen beginnen.

Rukmani Sridharan, Medgadget: Wie viel Prozent der Patienten mit Herzinsuffizienz müssen derzeit mit LVADs versorgt werden?

Greg Aber, Corvion: Ich denke, es ist wichtig zu erkennen, dass die Zahl der Patienten, die von einem LVAD profitieren könnten, weitaus größer ist als die Zahl der Geräte, die derzeit pro Jahr implantiert werden. Schätzungen reichen von 100.000 bis 300.000 pro Jahr für diejenigen, die davon profitieren könnten, während weltweit nur etwa 10.000 LVADs jährlich implantiert werden. Obwohl sich die Technologie in den letzten Jahrzehnten erheblich verbessert hat, ist der Erhalt eines LVAD immer noch eine lebensverändernde Erfahrung. Schwerwiegende unerwünschte Ereignisse und eine geringe Lebensqualität schränken die Akzeptanz ein. Der LVAD-Markt wird weiterhin langsam wachsen, bis diese Einschränkungen beseitigt sind. Hier kommt Corvion ins Spiel.

Medgadget: Wie funktionieren aktuelle LVAD-Systeme und welche Nachteile haben sie?

Greg Aber, Corvion: Die Anzahl chronischer LVAD-Designs, die in den letzten Jahrzehnten entwickelt wurden, ist verwirrend. Es scheint, als hätte jeder seine eigene Idee, wie man ein besseres LVAD baut. Interessanterweise sind nach all diesem Aufwand nur 2 Geräte für den Einsatz zugelassen. Bei beiden handelt es sich um Rotationspumpen mit rotierenden Laufrädern, die das Blut durch ein künstliches Transplantat vom linken Ventrikel zur Aorta befördern. Beide Designs werden perikardial implantiert und erfordern eine perkutane Antriebsleitung, um die Pumpe mit einer Stromquelle zu verbinden.

Es befinden sich einige neue Designs in der Entwicklung, die von diesem Ansatz abweichen und entweder eine perikardial platzierte vibrierende Membranpumpe oder eine vollständig im Ventrikel platzierte Rotationspumpe verwenden. Wir sind jedoch der Meinung, dass diese Ansätze entweder zu ineffizient und laut sind oder ein hohes Risiko einer Pumpenthrombose bergen , was einen Hauptrisikofaktor für den Erhalt eines LVAD darstellt. Die beiden zugelassenen Designs sind beide „verschleißfrei“, da kein Kontakt zwischen dem rotierenden Laufrad und dem stationären Gehäuse besteht, das dem fließenden Blut ausgesetzt ist.

Dies ist eine absolute Notwendigkeit, da jedes LVAD, das mechanische Kontaktlager verwendet, grundsätzlich zum Scheitern verurteilt ist oder aufgrund der Notwendigkeit, die Lager mit Kochsalzlösung zu spülen, nie vollständig implantiert werden kann. Von den beiden zugelassenen Geräten nutzt eines die aktive Magnetschwebebahn und das andere eine hybride passive Magnetschwebebahn in Kombination mit hydrodynamischer Unterstützung zur Aufhängung des rotierenden Laufrads. Sie alle haben ihre Vor- und Nachteile: Die vollständige Magnetschwebebahn birgt ein sehr geringes Thromboserisiko und das Hybriddesign ist kleiner und ermöglicht eine weniger invasive Implantation.

Ich denke, die Entscheidung darüber, welches das Beste ist, ist immer noch unklar, da jeder Fall patientenspezifisch ist. Ich denke, unser Ansatz besteht darin, die besten Eigenschaften beider Designs auf einzigartige und patentierte Weise zu kombinieren.

Medgadget: Wie funktioniert Ihr vollständig implantierbares LVAD-Gerät und wie soll es die Lebensqualität von Patienten mit Herzinsuffizienz im Endstadium verbessern?

Greg Aber, Corvion: Man muss sich fragen, warum es nicht bereits ein vollständig implantiertes LVAD auf dem Markt gibt. Der perkutane Antriebsstrang ist ein großer Nachteil bestehender Geräte, da er schwere lebensbedrohliche Infektionen verursacht und die Lebensqualität in vielerlei Hinsicht einschränkt.

Als wir anfingen, sagten wir, das System müsse vollständig implantiert werden, alles andere sei Zeit- und Ressourcenverschwendung. Es stellt sich heraus, dass es wirklich schwierig ist, ein vollständig implantiertes LVAD-System zu entwerfen. Das größte Problem ist der Stromverbrauch. Wie versorgt man eine Pumpe mit Strom, die 24 Stunden am Tag kontinuierlich 5 Watt oder mehr aus einer implantierten Stromquelle bezieht, und wie lädt man sie dann über die Haut wieder auf, ohne dass es zu ernsthaften Erwärmungsproblemen kommt?0

Andere Pumpen hatten in der Vergangenheit versucht, drahtlos zu funktionieren, aber die implantierte Batterie war so riesig und das Aufladen erforderte lächerlich viel Strom. Einige gingen sogar so weit, eine Reihe handelsüblicher Batterien miteinander zu verbinden, um einen Akku besser für eine Akku-Bohrmaschine und nicht für ein implantiertes Gerät geeignet zu machen.

Wir wussten von Anfang an, dass der Stromverbrauch drastisch sinken musste, sonst würde es nie ein funktionsfähiges, vollständig implantiertes LVAD geben. Wir haben den Strombedarf um etwa 80 % gesenkt, sodass die Pumpe mit von der FDA zugelassenen implantierbaren Batterien betrieben werden kann. Anschließend haben wir ein kabelloses Ladesystem entwickelt, das weder eine präzise Ausrichtung noch Hautkontakt erfordert. Dies war fast genauso wichtig wie die Senkung des Stromverbrauchs, denn den ganzen Tag eine auf die Haut geklebte Ladespule zu tragen und diese dann abziehen zu müssen, wäre nicht viel besser, als jeden Tag einen sterilen Verband zu ersetzen, wie es bei perkutanen Antriebsleitungen erforderlich ist.

Das Tragen unseres externen Ladegeräts ist nicht viel anders als das Tragen eines alten Sony Walkman. Wer in diesem Alter aufgewachsen ist, kann es jederzeit ohne viel Aufhebens oder aufgescheuerte Haut abnehmen.

Medgadget: Wie erreicht man im Vergleich zur Konkurrenz eine höhere Pumpeneffizienz?

Greg Aber, Corvion: Das ist eine wirklich gute Frage, die wir ständig bekommen. Ich denke, die einfache Antwort ist einfach eine wirklich gute, fokussierte Technik. Anstatt eine Pumpe speziell zum Pumpen von Blut zu entwickeln, wollten wir eine möglichst effiziente kleine Pumpe entwickeln und hofften dann, dass sie das Blut nicht schädigen würde. Dieser Fokus führte uns weg von traditionellen LVAD-Designs und hin zu traditionellen Industriepumpendesigns, bei denen Effizienz an erster Stelle steht.

Eine Standardpumpe für Wasser- oder Chemieanlagen verfügt über einen separaten Motor und ein Laufrad, die mit einer Welle oder einer Magnetkupplung verbunden sind. Dadurch können Motor und Laufrad unabhängig voneinander auf Effizienz optimiert werden, ähnlich wie bei der Auswahl des besten Motors für ein Elektrofahrzeug, ohne sich Gedanken über die Form des Motors machen zu müssen Auto und umgekehrt. Aktuelle LVAD-Designs integrieren den Motor eng in das Laufrad, um ein sogenanntes „kompaktes“ Design zu erzielen. Es stellt sich heraus, dass dies für die Konstruktion einer kleinen Pumpe nicht notwendig ist und die Gesamteffizienz erheblich beeinträchtigt.

Wir haben uns an Industriepumpen orientiert und den Motor mit einer Magnetkupplung vom Laufrad getrennt. Dadurch konnten wir einen standardmäßigen kompakten Hochleistungsmotor verwenden und dann das Laufrad für das Pumpen vollständig optimieren, ohne Kompromisse eingehen zu müssen. Unser Motor hat einen Wirkungsgrad von über 85 % und das Laufrad ist nicht viel weniger effizient. Das Produkt aus beiden ist der Gesamtwirkungsgrad, daher kann jede Zahl den Wirkungsgrad erheblich verringern. Die einzige verbleibende Herausforderung bestand dann darin, das Laufrad berührungsfrei aufzuhängen.

Am Ende hat ein Hybridsystem, das Magnete für die Axial- und Neigungsrichtung und hydrodynamische Kräfte für die Radialrichtung verwendet, am besten funktioniert, aber wir unterscheiden uns von dem anderen Hybriddesign, das genau das Gegenteil bewirkt. Unser Design erzeugt eine deutlich geringere Scherwirkung auf das Blut.

Medgadget:Welche Ergebnisse haben Sie bislang an Tieren erzielt und wann werden Ihrer Meinung nach Versuche am Menschen beginnen?

Greg Aber, Corvion: Wir stehen noch am Anfang von Tierversuchen, aber die Ergebnisse sind beispiellos. Der Wert unseres freien Hämoglobins im Plasma, der ein Maß für die Schädigung von Blutzellen ist, beträgt nur einen Bruchteil der Werte anderer Geräte. Es ist nicht viel anders, als wenn die Pumpe nicht einmal im Kreislaufsystem des Tieres wäre. Wir haben keine Pumpenthromben oder Infarkte in Endorganen gesehen, was darauf hindeutet, dass die Pumpe keine Mikrogerinnsel produziert, die zu Schlaganfällen führen können, was ein weiteres großes Problem bei aktuellen LVADs darstellt.

Wir haben das drahtlose System auch an Tieren getestet. Unser System verfügt über die einzigartige Fähigkeit, Energie über die Luft aus der Ferne in das Gewebe zu übertragen. In unseren Experimenten trägt das Tier also nichts, es muss sich nur in der Nähe der Ladespule befinden und die Energie wird übertragen. Wir verwenden auch keine riesigen Spulen, wie es einige andere versucht haben. Das ist unpraktisch und eher eine geniale Demonstration als eine realistische Tierstudie.

Wenn alles gut geht, gehen wir davon aus, dass wir bis 2022 ein erstes menschliches Projekt durchführen können, aber bis dahin müssen wir noch viel erledigen.

Medgadget: Wann werden Patienten mit der Markteinführung vollständig implantierbarer LVAD-Geräte rechnen?

Greg Aber, Corvion: Es gibt einen Wettlauf darum, das erste vollständig implantierte System auf den Markt zu bringen. Wir glauben, dass es eine Chance von mehreren Milliarden Dollar für denjenigen gibt, der zuerst mit einem sicheren und zuverlässigen Gerät dort ankommt. Allerdings ist es möglicherweise nicht das erste Implantat, das gewinnt, da es große Unterschiede zwischen den Systemen gibt.

Im Jahr 2019 gab es in Kasachstan sogar die erste drahtlose Implantation einer alten Herzpumpe mit mechanischem Lager, aber die implantierten Geräte waren so groß und die Pumpe neigte zur Thrombusbildung, dass keine weiteren Implantationen erfolgten.

Wir haben von der FDA die Breakthrough Device Designation erhalten, was die Dinge beschleunigen dürfte. Unsere beiden Konkurrenten sind große, etablierte Unternehmen, aber im Bereich der medizinischen Geräte gibt es viele Geschichten über ein kleines Unternehmen, das einen großen Markt revolutioniert. Wir planen, dieses Erbe fortzuführen.

Link: Homepage von Corvion Inc.…

Rukmani Sridharan

Rukmani Sridharan, PhD ist Postdoktorandin am Royal College of Surgeons in Irland, wo sie die Wirkung implantierter Biomaterialien auf das Immunsystem untersucht. Sie schloss ihr Masterstudium in Biomedizintechnik (in der Tschechischen Republik und Irland) ab und arbeitete an verschiedenen biomedizinischen Lösungen wie Immun-Engineering, Nervenregeneration und Stammzelltherapie. Sie verfolgt eifrig alle wissenschaftlichen und medizinischen Nachrichten und setzt sich leidenschaftlich dafür ein, die Öffentlichkeit für das Verständnis wissenschaftlicher Entdeckungen zu begeistern.