Marc Müller: Sprecher: Moin, das ist Vitalzeichen, der Medizintechnik-Podcast der Leibniz Universität Hannover. Ein Transferprojekt mit Studierenden, medizintechnischen Entwicklungen und dem Blick in die klinische Praxis.

Salima: Salima: Hallo zusammen und herzlich willkommen bei unserer neuen Podcast-Folge. Ich bin Salima.

Aylin: Aylin: Und ich bin Aylin.

Salima: Salima: Heutiges Thema ist die vaskuläre Gefäßprothese. Dazu haben wir uns natürlich auch wieder einen Experten hinzugezogen. Ich begrüße auch Sie ganz herzlich, Professor Wilhelmi. Schön, dass Sie heute da sind. Mögen Sie sich einmal kurz vorstellen?

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Ja, gerne. Zunächst mal herzlichen Dank für die Einladung. Mein Name ist Mathias Wilhelmi, ich bin Gefäßchirurg und beschäftige mich seit mehreren Jahren, also 10, 15 Jahren mit Sicherheit, mit unterschiedlichen Ansätzen der Generierung von neuen kardiovaskulären, vor allem vaskulären Implantaten, also Gefäßprothesen, auf ganz unterschiedlicher Materialgrundlage: biologisch, alloplastisch, also Kunststoffen und so weiter, und versuche die in die Klinik zu bringen.

Salima: Salima: Sie gehen ja primär Ihrem Beruf als Gefäßchirurg im St. Bernward Krankenhaus nach. Welche sind da die häufigsten Herz-Kreislauf-Erkrankungen, die Ihnen da im Alltag begegnen?

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Ja, atherosklerotische Veränderungen, also umgangssprachlich könnte man sagen Gefäßwandverkalkungen, die im Wesentlichen arterielle Gefäße betreffen, also das Hochdrucksystem. Es gibt ja zwei verschiedene Schenkel sozusagen des Kreislaufsystems: einmal das arterielle System, das mit hohem Druck sauerstoffreiches, nährstoffreiches Blut in die Peripherie bringt, und auf der anderen Seite das venöse System, was mit relativ niedrigem Druck sozusagen als Drainagesystem das verbrauchte Blut, sauerstoffarme Blut wieder zum Zentrum des Körpers bringt, also zur Lunge und zum Herzen, um dann sozusagen wieder angesättigt, angereichert zu werden und das Ganze wieder zu starten über den arteriellen Schenkel. Vor allem, wie gesagt, dieses arterielle System ist betroffen von atherosklerotischen Veränderungen, also Gefäßwandverkalkungen. Das sind, man kann sie sich vorstellen, unterschwellige Entzündungsprozesse, die dafür sorgen, dass es Gefäßwandveränderungen gibt, ganz unterschiedlicher Stadien. Es fängt an bei einer kleinen Verdickung vielleicht irgendeines Gefäßabschnitts, und je länger und je ausgeprägter diese Entzündung besteht, desto mehr kommt es zur Verkalkung, also Verhärtungen der Wand und damit über kurz oder lang zur Schädigung. Und das kann im Bereich des Herzens dazu führen, dass man irgendwann vielleicht mal einen Herzinfarkt bekommt oder zumindest Beschwerden, nicht mehr so belastbar ist, weil eben die Durchblutung im Herzen nicht mehr so da ist. Und bei mir als Gefäßchirurg, ich habe weniger mit dem Herzen selber zu tun, sondern mehr mit den peripheren Gefäßen, äußert sich das mehr darin, dass ein Patient zum Beispiel nicht mehr richtig laufen kann, weil die Durchblutung der Beine nicht mehr so gegeben ist.

Salima: Salima: Jetzt war die Sprache von Verkalkung der Gefäßprothesen. Was genau kann man sich darunter vorstellen?

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Verkalkung bedeutet, die Wand eines Blutgefäßes besteht aus drei Schichten. Und diese drei Schichten werden wieder versorgt mit kleinen Gefäßen, sogenannte Vasa vasorum, also das sind Gefäße, die die Gefäßwand versorgen, damit alle Wandschichten – das sind ja auch Zellen drin – auch mit ausreichend Blut und Sauerstoff versorgt werden, also Nährstoffen und Sauerstoff versorgt werden. So, und wenn diese kleinen Gefäße verstopfen durch ganz unterschiedliche Prozesse, also zu hohen Cholesterinspiegel beispielsweise oder entzündlichen Veränderungen im Sinne von Zelleinlagerungen, dann kommt es da zu einer Minderversorgung. Die Zellen in der Gefäßwand sterben ab und werden dann vom Körper umgewandelt in Fett zunächst einmal und in den weiteren Umbauprozessen dann zu Narben und schließlich zu richtig festen Kalkstrukturen.

Salima: Salima: Also jetzt ganz salopp gesagt: Wir sprechen von Verengung der Gefäßprothesen und das Blut fließt nicht mehr ordentlich und dementsprechend werden Organe nicht mehr beliefert.

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Genau. Wobei es nicht die Gefäßprothesen sind, die wollen wir ja vielleicht irgendwann anwenden, sondern es sind die körpereigenen Gefäße. Ist richtig, genau, aber vom Prozess ist es richtig so.

Aylin: Aylin: Und inwiefern werden dann die Gefäßprothesen eingesetzt im Zusammenhang mit diesen Krankheitsbildern?

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Also es ist so, wenn nur ein ganz kurzer Abschnitt des eigenen, des körpereigenen Gefäßes oder Gefäßsystems betroffen ist, dann kann man das lokal reparieren, indem man zum Beispiel den Kalk herausschält und dann zum Beispiel wie bei einer Hose einen Flicken aufnäht, damit das Gefäß an der Stelle wieder weit wird, also die Stenose weg ist. Es kann aber auch sein, dass richtig lange Abschnitte betroffen sind, wie zum Beispiel, wenn man sich vorstellt, dass die Oberschenkelarterie komplett betroffen ist. Dann geht das nicht mehr, dass man das lokal repariert, sondern dann würde man einen Bypass anwenden. Einen Bypass kann man sich vorstellen wie eine Umleitung. Ja, Sie haben irgendwo eine Baustelle und da kann man auch nicht durchfahren, weil da gerade eine Straße geteert wird oder so etwas. Und das heißt, man würde einen Umweg bauen, der den Verkehr, in diesem Fall also das Blut, an diesem Verschluss oder an dieser geschädigten Stelle vorbeiführt und dann erst wieder da, wo das Gefäßsystem in dem Fall wieder normal ist oder einigermaßen normal ist, wieder Anschluss findet an die körpereigene Zirkulation.

Aylin: Aylin: Das heißt, wir sprechen halt hier von einem Implantat, das konkret dann eingesetzt wird, wenn die Gefäße nicht mehr funktionieren und das dann auch komplett ersetzt an der Stelle.

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Genau.

Aylin: Aylin: Viele Menschen kennen das ja aus ihrem Bekanntenkreis auch und hören sehr oft immer den Begriff Stents. Und was ist hier der Unterschied zu einer Gefäßprothese, dass man das einmal differenzieren kann?

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Gefäßprothesen im klassischen Sinne, wie eben dieser Bypass, den ich erläutert habe, die werden offen-chirurgisch eingesetzt. Also man macht einen Schnitt, wie man das so als Chirurg macht, wie man das ja auch aus Fernsehserien kennt, und dann wird diese Prothese eingesetzt. Also beide Enden, das ist ja wie ein Schlauch, beide Enden werden an das körpereigene System angenäht. Bei einem Stent ist es so, dass man mit einem Katheter und unter Einsatz von Röntgenstrahlen, das heißt einem Röntgenbild, das einem zeigt, wo man sich im Gefäßsystem befindet, eine Engstelle aufdehnt, primär mit einem Ballon. Das ist so ein richtig harter Ballon, wie so ein Rennradreifen, also viele Bar, sodass das ganze Kalkmaterial, was diese Verengung ausmacht, an die Wand gedrückt oder in die Wand gedrückt wird. Dann ist das Gefäßsystem erst mal frei. Und wenn man den Ballon dann ablässt und man stellt fest, dass das Gefäß an der Stelle wieder zusammenfällt, also eine neue Stenose entsteht, dann würde man so eine Gefäßstütze, also einen Stent, einbringen, der dazu dient, kann man sich vielleicht vorstellen wie im Tunnelbau oder so, so eine Gerüststruktur oder wie so eine Matte im Stahlbeton, einfach diese Engstelle, diese behandelte Stelle, die man aufgedehnt hat, offenhält. Also eine Gefäßstütze, wenn man so will.

Aylin: Aylin: Also kann man sagen, dass ein Stent einfach zur Stabilisierung der Gefäße dient von innen, während die Prothese komplett das Gefäß ersetzt.

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Genau, komplett ersetzt oder eben umgeht, wenn es eine ganz langstreckige Veränderung ist.

Aylin: Aylin: Und wenn es zu diesem Punkt kommt, dass ein Gefäß ersetzt werden muss, welche verschiedenen Arten von Gefäßprothesen gibt es da?

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Wenn immer möglich, versucht man was Biologisches einzusetzen. Und biologisch heißt klassischerweise, wenn wir jetzt beim Beispiel der Durchblutungsstörung im Bein bleiben, dass man eine oberflächliche Vene, die Vena saphena magna heißt die, läuft an der Innenseite des Ober- und Unterschenkels des Patienten herausnimmt in der Operation und die dann, das ist ja wie ein Schlauch, die dann als Bypassmaterial einsetzt. Nun gibt es natürlich Patienten, die haben Krampfadern zum Beispiel, das heißt diese Vene ist so stark verändert, dass man sie nicht als Bypass nutzen kann. Oder vielleicht wurde sie auch schon mal verwendet, weil man eine andere Operation hatte im Vorfeld. Oder es gab einen Unfall und die ist nicht mehr da, die Vene, oder die ist zu klein oder was auch immer, also die ist jedenfalls aus irgendwelchen Gründen nicht mehr einsetzbar. Dann würde man auf ein künstliches Material zurückgreifen. Und das ist zum Beispiel eine Gefäßprothese aus Dacron oder aus Teflon. Also es gibt ganz verschiedene Polymere, die man im Laufe der Jahre entwickelt hat und die man eben als Bypassmaterial einsetzen kann. Eines der interessantesten Beispiele vielleicht ist das PTFE. Das ist ein Material, was ursprünglich eingesetzt wurde – da sind Sie näher dran als ich – als Kabelisolator, ne? Bei elektrischen Leitungen hat man dieses PTFE zur Ummantelung von Kabeln genommen, also um die Elektrik sozusagen abzuschirmen. Und irgendein Gefäßchirurg kam in den 1960er-Jahren in Amerika mal auf die Idee, doch ein Stück von dieser Kabelummantelung mitzunehmen und als Bypass einzusetzen. Damals ging das noch, weil die regulatorischen Anforderungen deutlich geringer waren als heute. Und glücklicherweise geht das heute nicht mehr so einfach. Damals hat das gut funktioniert und damit war sozusagen eine der ersten Generationen von künstlichen Gefäßprothesen erschaffen.

Salima: Salima: Hat sich ja bis heute bewährt anscheinend.

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Hat sich bis heute bewährt, genau. Wie gesagt, die Erfindung wäre heute nicht mehr so möglich, was auch gut ist, aber zumindest ist es ein Material, was es bis heute geschafft hat.

Salima: Salima: Okay, mit Blick darauf kann man also sagen, dass körpereigene Materialien präferiert werden vor synthetischen. Wie kann man sich den Zusammenhang vorstellen mit der Verträglichkeit?

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Das ist genau das richtige Stichwort. Weil es ja ein Material ist, ein biologisches Material, also auch ein Gefäß, was vom Patienten selber kommt, sind keine fremden Zellen darin vorhanden. Das heißt, das Immunsystem würde dieses Gewebe nicht als fremd erkennen. Es kommt ja vom Patienten selber, wird also gut akzeptiert. Und weil es ein Gefäß ist, also ein Blutgefäß, was dafür angelegt ist, Blut in der inneren Oberfläche zu leiten, ist es wenig thrombogen. Thrombogen bedeutet, dass die innere Oberfläche nicht rau ist, sondern da ist eine Zellschicht, eine Endothelschicht nennt man das, da drin, wie so eine dünne Haut, wenn man so will, die dafür sorgt, dass das Blut nicht gerinnt. Wenn diese Zellschicht nicht da wäre, dann wäre darunter die extrazelluläre Matrix, also Kollagenfasern zum Beispiel, also eine rauere Schicht, und die würde dafür sorgen, dass das körpereigene Gerinnungssystem aktiviert würde. Und dann käme es zu Gefäßverschlüssen, weil es zu Gerinnungsprozessen käme. Und das ist auch genau das Problem bei den künstlichen Prothesen. Weil es eben keine natürliche innere Oberfläche hat, kann es dazu kommen, dass das Gerinnungssystem aktiviert wird. Und je kleiner die Gefäße werden, desto höher ist die Gefahr, dass es da zu thrombotischen Verschlüssen kommt, also zu Verschlüssen, die auf Blutgerinnungsphänomenen basieren.

Salima: Salima: Wie sieht da die Verfügbarkeit von biologischen Materialien aus?

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Genau, das hängt so ein bisschen erst mal natürlich von der generellen Verfügbarkeit ab. Ich habe ja eben das Beispiel einer Vene im Bein genannt. Nicht jeder Patient hat dieses Gefäß noch, aus unterschiedlichen Gründen, weil es qualitativ oder quantitativ eben nicht verfügbar ist. Und man kann natürlich auch mit so einer kleinen Vene, die ist vielleicht so bleistiftdick, auch keine Hauptschlagader ersetzen. Die Hauptschlagader im Bauch oder im Brustkorb, die Aorta, hat einen Durchmesser von 1,5 oder 2 Zentimetern. Und wenn man so eine kleine bleistiftdicke Vene hat, dann kann man sich vorstellen, dass es schwierig ist, damit so ein großes Gefäß zu ersetzen. Also das heißt, das sind verschiedene Probleme, mit denen man da konfrontiert ist. Wenn man keine körpereigenen biologischen Gefäße nehmen kann, dann kann man ähnlich, wie man das auch von der Organspende kennt, im Rahmen von Organspenden Blutgefäße mit rausnehmen. Also das heißt, Blutgefäße eines anderen Menschen nehmen, das nennt sich dann allogen, und kann diese Gewebe dann einsetzen und zum Beispiel für den Ersatz einer Hauptschlagader einsetzen. Das ist allerdings ein sehr aufwendiger Prozess, und wie ähnlich wie bei Spenderorganen stehen die natürlich auch nicht so zur Verfügung wie künstlich, also sprich industriell hergestellte Gefäße, die ja dadurch, dass sie industriell hergestellt werden, 24 Stunden aus dem Schrank genommen werden können.

Salima: Salima: Also kann man grob zusammenfassen: Die verschiedenen Arten von Gefäßprothesen unterscheiden sich auf der Basis der Materialien.

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Genau.

Aylin: Aylin: Korrigieren Sie mich gern, wenn ich falsch liege, aber das Grundprinzip der Gefäßprothesen kommt aus den 70er-Jahren und da hat sich noch nicht viel verändert. Woran liegt es, dass sich bis dahin noch nichts verändert hat? Und wie sieht es aus?

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Es hat sich ein bisschen was verändert. Also das heißt, man hat diese äußeren Materialien, ich habe ja eben gesagt PTFE zum Beispiel oder Dacron, diese Grundmaterialien sind bis heute vorhanden. Das Problem ist die innere Oberfläche, oder unter anderem die innere Oberfläche, wenn es um die Durchlässigkeit geht. Also das heißt, dass das Blut eben nicht gerinnt, weil die Oberfläche so rau ist. Da hat sich insofern was geändert, als dass man das Problem natürlich früher erkannt hat und man hat dann angefangen, verschiedene Medikamente auf die Oberfläche zu bringen, wie zum Beispiel Heparin. Heparin ist ein Medikament, was das Blutgerinnungssystem hemmt. Das heißt, durch dieses Aufbringen will man eben die frühen Verschlüsse oder die Verschlüsse dieser Gefäßprothesen vermeiden. Das ist so ein Kunstgriff, weil das hilft ein bisschen, aber ist nicht wahnsinnig ideal. Das heißt, es ist immer noch nicht so gut wie das natürliche Gefäß. Das andere ist, ich hatte vorhin gesagt, dass ein normales Blutgefäß eine eigene Blutversorgung hat, diese Vasa vasorum, also die kleinen Blutgefäße der etwas größeren sozusagen, die die gesamte Gefäßwand durchsetzen und dafür sorgen, dass die Gefäßwand vital bleibt, also die Zellen in der Gefäßwand vital bleiben. Und bei einer Kunststoffprothese gibt es diese Gefäße nicht. Das ist ja einfach ein Kunststoffmaterial. Und das wiederum bedeutet – stellen Sie sich mal vor, Sie haben einen Zahn, der vereitert ist, und Bakterien kommen von diesem Zahn in die Blutbahn und zirkulieren im Körper – dann können die sich auf einer Gefäßprothese absetzen und können in die Wand eindringen und können sich dort vermehren und die Gefäßprothese zerstören. Bei einem natürlichen Blutgefäß versuchen die das auch, aber dadurch, dass da diese kleinen Gefäße in der Gefäßwand vorhanden sind, hat das körpereigene Immunsystem die Möglichkeit, überall in dieser Wand anzugreifen, oder ein Antibiotikum, was man einem Patienten gibt, kann alle Schichten eines natürlichen Blutgefäßes eben über diese kleinen Blutgefäße versorgen und dementsprechend die Bakterien auch effektiv behandeln. Das sind die wesentlichen Unterschiede: also einmal die innere Oberfläche, das Thrombogene, also diese Rauigkeit, die zu einer Blutgerinnungsinduktion führt, und das andere die Wand als solche, die eben anfällig für Infektionen ist. Und diese beiden Probleme sind die größten Herausforderungen, mit denen wir uns heute konfrontiert sehen.

Aylin: Aylin: Und Sie erleben ja die Situation nicht nur aus der wissenschaftlichen Sicht, sondern auch durch ihren klinischen Alltag. Welche Auswirkungen hat es, dass sich die prothesen seit den 70ern noch nicht so viel verändert haben? Und können Sie da vielleicht ein Paar Fallbeispiele nennen, oder uns ein bisschen einen Einblick geben?

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Ja. Also je kleiner das Gefäß ist, was man versorgen will, also zum Beispiel die Herzkranzgefäße, die sind zum Beispiel sehr klein. Die haben da so 2 mm im Durchmesser. Und wenn man da einen Bypass anlegen will, weil jemand zum Beispiel einen Herzinfarkt hatte, dann müsste man, wenn man keine eigene Vene hat, auf einen Kunststoff-Bypass zurückgreifen. Und diese Kunststoff-Bypässe mit einem Durchmesser von 2, 3, 4 mm sind so klein, dass sie sofort verschließen würden. Das heißt für die Versorgung von Patienten mit Herzkrankheiten gibt es bis heute keine künstlichen oder keine wirklich gut funktionierenden künstlichen Bypässe. Man ist beschränkt auf größere Gefäße, da kann man die künstlichen Bypässe anwenden. So und ein anderes Problem ist, eben das Problem der Infektion. Das bedeutet wenn wir einem Patienten einen künstlichen Gefäßersatz gemacht haben, also er hat zum Beispiel ein Aneurysma im Bauch gehabt, eine erweiterung der Bauchschlagader, und haben da einen Kunststoff eingesetzt, und der hat eben so einen vereiterten Zahn, Dann kann es sein, das die Prothese infiziert und dann muss man das alles wieder herausnehmen. Und dann steht man eben vor einem Dilemma, was nimmt man jetzt? Es gibt Prothesen, die man, wie gesagt, mit Medikamenten beschichtet hat, verschiedene Antibiotika beispielsweise, oder mit Silber. Silber wirkt Bakterizid. Dann ist das ein bisschen Infektresistenter als so eine klassische Gefäßprothese aber auch nur ein bisschen und nicht wirklich ideal. Genau das ist das Dilemma mit dem man in der Klinik konfrontiert ist. Also man kann mit künstlichen Gefäßprothesen nach wie vor nicht alle Gefäße versorgen, die kleinen wie gesagt nicht. Und wenn man eine Infektsituation hat, oder sie befürchtet, dann ist es auch nicht ideal.

Salima: Salima: Also könnte man sagen, dass sich der langsame Fortschritt der Forschung primär in dem Einsatz von kleineren Gefäßprothesen widerspiegelt, gerade jetzt so Herzkranzgefäße? Das sind ja dann die Gefäße, die das Herz versorgen.

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Also man versucht, diese Gefäßprothesen weniger thrombogen zu machen. Also die Forschungsansätze kommen wir ja gleich noch kurz zu. Man versucht, neue Gefäße herzustellen, die weniger thrombogen sind, also weniger leicht verschließen, damit man eben auch kleinere herstellen kann, zum Beispiel für die Versorgung von Herzkranzgefäßen, und solche, die infektresistenter sind, damit man eben genau diese beiden Nachteile der bisherigen herkömmlichen Gefäßprothesen umgehen kann.

Aylin: Aylin: Sie haben ja gerade die Komplikationen im klinischen Alltag gerade angesprochen. Und was hat sie letztendlich in die Forschung angetrieben?

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Ja, im Grunde genommen genau das, dass wir eben mit diesem Problem konfrontiert werden, ich will nicht sagen jeden Tag, aber doch zumindest häufiger. Wir haben versucht, Lösungen zu finden. Zunächst mal natürlich rein experimentell, wie man diese beiden Probleme besonders angehen kann. Um eben irgendwann mittel- bis langfristig mal besser funktionierende oder biologisch ähnliche Blutgefäße künstlich herzustellen.

Aylin: Aylin: Von welchen Forschungsansätzen erhoffen Sie sich, dass jetzt in der Zukunft mehr Veränderungen dann (kommen)?

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Möglicherweise gibt es durch verschiedene materialtechnische Ansätze neue künstliche Materialien, die eine verbesserte Oberfläche haben, also weniger thrombogen sind. Das ist so das eine, also mehr so ein Ingenieursansatz. Und das andere ist, kommt mehr von der Biologie, dass wir versuchen – und das ist eher mein Ansatz – biologische Ersatzprodukte herzustellen. Oberbegriff heißt da Tissue Engineering, also ganz technisch eigentlich, dass man versucht, auf Basis von biologischen Materialien und auch dem Einsatz von Zellen, die aus der Gefäßwand stammen, eben im Labor künstlich biologische Gefäße zu generieren.

Salima: Salima: Wie kann man sich den Prozess vom Tissue Engineering konkret vorstellen?

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Also der klassische Ansatz war mal der, dass man bei einem Patienten typische Zellen für das Organ, was man herstellen will, entnimmt. Also in unserem Fall zum Beispiel, dass man ihm ein kleines Stück Vene entnimmt, die Endothelzellen zum Beispiel herunterwäscht. Diese Endothelzellen dann im Labor vermehrt, also anzüchtet, damit man irgendwann ganz viele davon hat, die aber eben von diesem einen Patienten kommen. Und diese Zellen dann nimmt, um eine Matrix, also bildlich gesprochen einfach einen Schlauch aus unterschiedlichen Materialien, zu besiedeln. Also das heißt, wenn man eine Gefäßprothese hat beispielsweise – das waren so die ersten Ansätze, also eine herkömmliche Gefäßprothese aus Kunststoff – an der inneren Oberfläche mit diesen patienteneigenen Endothelzellen zu besiedeln, um so einen Hybrid zu haben aus einer industriell hergestellten Prothese mit einer biologischen Auskleidung, also diesen Endothelzellen, die das Gefäß dann weniger thrombogen machen. Und das hat auch ganz gut funktioniert zu Anfang, hat sich dann aber nicht durchgesetzt, weil es ein sehr aufwendiger Prozess war. Und weil auch die zweite Komponente des Problems, nämlich diese Infektresistenz, damit nicht adressiert wurde. Und deshalb ist man auch einen Schritt weitergegangen und hat gesagt: Wir nehmen nicht nur die Zellen, sondern wir versuchen auch biologische Materialien zu verwenden, aus denen biologische Gefäße auch bestehen, also zum Beispiel Kollagene, ne, also Eiweißstrukturen. Diese Schläuche, wenn man so will, dann mit körpereigenen Zellen des Patienten zu besiedeln, um damit ja wirklich so ein bioartifizielles, nennen wir das, bioartifizielles Konstrukt zu generieren, was man dann verwenden kann.

Salima: Salima: Wie kann man sich eine konventionelle Gefäßprothese vorstellen, wo da der entscheidende Unterschied in der Fertigung ist?

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Die Fertigung ist im Grunde genommen sehr ähnlich. Beide Komponenten, also Zellen und die Matrix, entweder eine künstliche oder eben die biologische, werden zusammengebracht in Bioreaktorsystemen. Das klingt jetzt erst mal ganz furchterregend, wenn man so über einen Reaktor nachdenkt. Aber das kann man sich vorstellen wie einen – ja, ein Glaskolben ist es meistens oder Kunststoffkolben – mit zwei Ansätzen. Da wird das Gefäß oder die Matrix eingespannt, also Gefäßprothese oder ein natürliches Gefäß, eingespannt und wird dann mit Medium von außen und auch im zentralen Lumen durchspült. Und die Zellen, diese Endothelzellen, werden auf der inneren Oberfläche angesiedelt. Das heißt, unter Rotation, damit die Zellen sich auch gleichmäßig auf der gesamten Zirkumferenz dieses Gefäßes oder dieses Schlauches ansiedeln können, wird dieses Gefäß dann erst mal langsam perfundiert, dass die Zellen anwachsen können, damit sie nicht gleich weggespült werden. Und so ähnlich wie im Fitnessstudio sozusagen hat man dann ein Trainingsprogramm, sodass die Durchströmung mit diesem Nährmedium immer weiter gesteigert wird, die Zellen sich dann ausrichten können, wie sie das in einem normalen Blutgefäß auch tun würden, und eben die gesamte Gefäßwand dann besiedelt wird mit diesen Zellen.

Salima: Salima: Okay, Sie haben jetzt ganz oft den Begriff Matrix genannt. Wie kann man sich das vorstellen? Also vielleicht bin ich jetzt zu sehr auf Stents geprägt, aber ich stell mir immer so eine Gitterstruktur vor, aber höchstwahrscheinlich ist das bei der Gefäßprothese nicht der Fall.

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Nee, genau, stellen Sie sich vor, das ist ein Schlauch. Ein Schlauch, und Matrix ist einfach das Trägermaterial. Also diese Matrix ist nur ein Oberbegriff, kann aus Kunststoff, also Polymeren zum Beispiel, bestehen, also diese Schlauchwand sozusagen kann aus Polymeren bestehen oder eben auch aus biologischem Material, also Kollagen zum Beispiel. Ja, oder was wir häufig nehmen, ist Fibrin. Das ist ein Gewebekleber, aus dem man dann eben auch diese schlauchartige Struktur herstellen kann.

Salima: Salima: Und das funktioniert dann auch für Gefäßprothesen unter 6 Millimetern, weil wir hatten ja darüber gesprochen, dass das insbesondere für Herzkranzgefäße problematisch ist, die nur so 2, 3 Millimeter im Durchmesser betragen.

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Genau. Also solange Zellen drauf sind, also das heißt, die innere Oberfläche eben nicht so rau ist, sondern eben physiologisch, also das heißt mit Zellen wie ein normales Blutgefäß ausgekleidet ist, kann man eben auch kleinere Gefäße herstellen und die sind dann auch oder bleiben dann auch offen. Das Problem besteht eigentlich darin: Wir können im Labor viel herstellen und wir können es auch ansatzweise testen im lebenden Organismus, indem man einen Tierversuch durchführt. Und in diesen Versuchen hat man festgestellt, dass die Ergebnisse sehr gut sind. Das Problem oder was heißt das Problem, die große Herausforderung ist, darum habe ich vorhin das Beispiel mit diesem Kabelisolator genannt, früher war das kein Problem und man hat das einfach gemacht und fertig. Heute geht das natürlich nicht, und gerade bei biologischen Gefäßprothesen, wenn man Zellen oder unterschiedliche biologische Wandstrukturen einsetzt, die ja möglicherweise auch Krankheitserreger übertragen könnten oder Abstoßungsreaktionen triggern könnten, also immunologische Abstoßungsreaktionen triggern könnten, dann muss man diese Gefäßprothesen natürlich ganz vielen Tests unterziehen bevor man das im Menschen anwenden darf. Das heißt man muss Verträglichkeitstests haben und so weiter und so weiter bis man überhaupt mal daran denken kann einen Patienten damit zu behandeln. Also das heißt die gesetzlichen Hürden sind natürlich und auch berechtigter Weise sehr sehr hoch, weil man natürlich zwar was “neues Ausprobieren” will, aber die Rahmenbedingungen sollen natürlich so sicher wie möglich für den Patienten, der dann der erste ist, der so eine Prothese bekommt.

Salima: Salima: Haben Sie da vielleicht ein Beispiel, was im Labor bereits schon ganz gut funktioniert, aber im Patienten selbst noch eine Hürde darstellt?

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Ja, also wie gesagt, zum Beispiel diese tissue engineerten, also künstlich hergestellten Gefäßprothesen, die wir bisher gemacht haben. Wir haben vor allem Fibrin, das ist so Gewebeklebstoff, den wir alle im Blut haben, verwendet, um die Wandstruktur herzustellen. Und das funktioniert im Tierversuch sehr gut auch über ein halbes Jahr und länger. Das heißt, wir sehen, dass diese Gefäße tatsächlich im Körper umgebaut werden und von einem natürlichen Blutgefäß kaum noch zu unterscheiden sind. Und wir stehen jetzt davor zu überlegen, wie wir dieses Konstrukt mal in einen klinischen Trial, also in einer klinischen Studie ausprobieren können. Und das ist natürlich eine sehr aufwendige, vor allem sehr kostspielige Angelegenheit, so ähnlich wie bei der Medikamentenherstellung. Das heißt, man muss ganz viele Tests machen, die sehr kostspielig sind. Man muss irgendwann natürlich auch eine Versicherung für den Patienten abschließen, die auch sehr teuer ist. Denn wenn was passieren sollte, muss ein Patient ja zumindest auch finanziell abgesichert sein, wenn er zum Beispiel irgendwelche Behinderungen davon trägt, ja oder Einschränkungen im täglichen Leben, was nicht gewollt ist, aber was sein kann. Das kann man nicht von vornherein ausschließen oder nicht hundertprozentig ausschließen zumindest. Und dementsprechend, ja, ist eine der größten Hürden, dass man aufseiten der Industrie Interessenten findet, die bereit sind, dieses Produkt weiterzuentwickeln und dann auch in eine klinische Studie mit zu überführen.

Salima: Salima: Würde das für Sie jetzt vor allem auch als Gefäßchirurg einen Unterschied im Alltag oder im klinischen Alltag gerade im Bezug auf Implantation oder Nachbehandlung, wird das da einen Unterschied darstellen?

Prof. Dr. Matthias Wilhelmi: Prof. Wilhelmi: Wenn wir die neuen Produkte hätten und die am Markt wären, ja, dann würden wir ja – das ist die Hoffnung – diese beiden Hauptprobleme: Gefäßverschluss durch Thrombogenizität und Infekt oder mangelnde Infektresistenz umgehen können. Und damit wäre uns natürlich sehr geholfen, weil dadurch dann natürlich eine bessere Verträglichkeit erreicht werden könnte, Re-Operationen bei Patienten, weil sie zum Beispiel einen Infekt an ihrer Prothese haben, vermieden werden könnten. Das ist übrigens ein Problem, was nicht nur Gefäßprothesen betrifft, sondern auch jede andere Art von Prothese: also eine Hüftprothese oder einen Herzschrittmacher, eine Herzklappe, was auch immer, sind genauso, weil es künstliche Materialien sind, von diesem Problemen der Infektresistenz oder mangelnden Infektresistenz betroffen.

Aylin: Aylin: Ja, wenn wir das Ganze jetzt so zum Abschluss einmal zusammenfassen würden, wird ja deutlich, dass die Gefäßprothesen aus dem modernen medizinischen Alltag einfach nicht mehr wegzudenken sind, da sie Leben retten, wenn die körpereigenen Gefäße versagen, und stehen gleichzeitig trotzdem noch vor großen Herausforderungen und sind noch stark in der Forschung dabei. Genau in diesem Spannungsfeld zwischen den klinischen Erfahrungen, biologischen Grenzen und technischer Innovation entscheidet sich, wie die Gefäßprothese der Zukunft aussehen wird. Vielen Dank, Herr Professor Wilhelmi, noch mal dafür, dass Sie sich die Zeit genommen haben und uns dem Thema nähergebracht haben und auch einen Einblick aus Ihrem Alltag gegeben haben zu Ihren Forschungen und vor allem zur Entwicklung in dem Bereich der vaskulären Gefäßprothesen.

Salima: Salima: Und auch vielen lieben Dank an unsere Zuhörerschaft. Wenn ihr auch beim nächsten Mal wieder dabei seid: In der nächsten Folge geht es um ein weiteres zentrales Thema der Medizintechnik, nämlich um den Hämodialysator. Danke fürs Zuhören und bis zur nächsten Folge hier auf Vitalzeichen.