Entwicklung und präklinische Ergebnisse eines transkatheteralen Aortenklappenimplantats mit neuartigen polymeren Klappensegeln

Warum eine neue Art von Herzklappe wichtig ist

Herzklappenerkrankungen sind bei älteren Menschen häufig und werden immer öfter ohne offene Herzoperation behandelt, indem gefaltete Ersatzklappen durch Blutgefäße ins Herz geführt werden. Heutige Klappen bestehen meist aus behandeltem Tiergewebe, das mit der Zeit verschleißen, verkalken und versagen kann – insbesondere bei jüngeren, aktiveren Patientinnen und Patienten. Diese Studie untersucht einen anderen Ansatz: eine transkatheterale Aortenklappe aus fortschrittlichen synthetischen Materialien, die länger halten, widerstandsfähiger gegen Schäden sein und den Blutstrom schonender begegnen sollen.

Ein schonenderer Weg, eine verengte Klappe zu öffnen

Die Aortenklappe sitzt am Ausgang der Hauptauswurfkammer des Herzens und öffnet und schließt sich mit jedem Herzschlag. Wenn sie steif und verengt wird, muss das Herz gefährlich viel Kraft aufwenden, um Blut auszutreiben. Chirurgen konnten diese Klappe lange ersetzen, doch das erfordert eine Öffnung des Brustkorbs und den Einsatz einer Herz-Lungen-Maschine. In den vergangenen zwei Jahrzehnten hat die transkatheterale Aortenklappenimplantation (TAVI) dies verändert, indem Ärztinnen und Ärzte eine gefaltete Klappe durch eine Arterie einführen und innerhalb der alten Klappe aufweiten können. Obwohl dies für ältere und risikoreiche Patienten ein Durchbruch war, beruhen aktuelle TAVI-Klappen weiterhin auf Tiergewebe‑Segeln, die sich verschlechtern können und damit die sichere Anwendung bei Jüngeren einschränken.

Eine Klappe aus intelligenten Kunststoffen und Memory‑Metall

Das Team entwarf ein neues TAVI‑System, das die Tiergewebe‑Segel durch dünne, flexible „polymerische“ Segel aus einem spezialisierten silikonbasierten Polyurethan (LifePolymer genannt) ersetzt und diese auf einen selbstexpandierenden Rahmen aus Nitinol montiert, einer Metalllegierung, die von selbst in eine voreingestellte Form zurückspringt. Der Rahmen hat ein Sanduhrprofil, um Platz für die eigenen Herzkranzgefäße zu lassen, und seine Zellen sind mit demselben Polymer beschichtet, um den Kontakt mit dem Blut weicher zu gestalten. Am Sockel wurde ein poröser Saum aus elektrogesponnenem Polymer angebracht, um die Abdichtung gegen das native Gewebe zu verbessern und Lecks an den Rändern zu reduzieren. Dieses Design zielt darauf ab, die Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit technischer Materialien mit dem gleichmäßigen Blutfluss einer gesunden natürlichen Klappe zu verbinden.

Anspruchsvolle Labortests für die neue Klappe

Bevor Tierversuche durchgeführt wurden, unterzogen die Forschenden die Klappe umfangreichen Labortests, die Jahre der Nutzung nachahmen sollten. Sie belasteten den Nitinol‑Rahmen mit 200 Millionen Zyklussen – etwa fünf Jahren Herzschlägen – unter stressigen Bedingungen und fanden keine Brüche, Risse oder Formveränderungen. In einem pulsierenden Strömungssystem, das das schlagende Herz imitiert, erlaubte die Klappe großzügigen Vorwärtsfluss mit Druckdifferenzen und Rückflusswerten, die deutlich innerhalb internationaler Leistungsstandards lagen. Hochgeschwindigkeitsströmungsaufnahmen zeigten gleichmäßige Blutjets durch die Mitte, mit sehr wenig Wirbelbildung oder Stagnation in der Nähe der Segel oder an deren Verbindungsstellen, Bereiche, in denen sich Thromben oft bilden. Computergestützte Partikelverfolgung zeigte effizientes Auswaschen und deutete auf eine geringe Neigung zur Thrombenbildung hin. Standardisierte Sicherheitstests ergaben keine Hinweise darauf, dass die Materialien Zellen, Blut oder DNA schädigen oder Immun‑ bzw. allergische Reaktionen auslösen.

Prüfung der Klappe im lebenden Herzen

Um zu sehen, wie sich die Klappe im Kreislauf verhält, setzten die Forschenden sie in die Aortenposition von neun Schafen ein, einem häufig verwendeten Modell für Herzklappen, da deren Herzen mit ähnlichem Druck schlagen wie beim Menschen und ihr Gewebe schnell verkalkt. Bei sechs Tieren gelang die Platzierung erfolgreich und sie wurden über 90 Tage nachverfolgt. Ultraschalluntersuchungen zeigten, dass die Klappen sich frei öffneten und schlossen, einen guten Blutfluss aufrechterhielten und kaum bis gar kein Leckagen zentral oder an den Seiten aufwiesen. Blutwerte blieben im normalen Bereich, ohne Anzeichen von Schädigung roter Blutkörperchen oder Organstress. Bei der humanen Euthanasie und anschließenden Untersuchung der Herzen waren die polymeren Segel weiterhin glatt und flexibel, ohne Verkalkung, Risse oder übermäßige Narbenbildung, die den Fluss behindert hätte. Der poröse äußere Saum begann sanft mit dem umgebenden Gewebe zu verwachsen und half, das Gerät zu verankern, ohne die Bewegung der Segel zu beeinträchtigen.

Was das für zukünftige Patienten bedeuten könnte

Insgesamt deuten diese frühen Ergebnisse darauf hin, dass eine transkatheterale Klappe aus fortschrittlichen Polymeren auf einem selbstexpandierenden Memory‑Metallrahmen starke, stabile Unterstützung und gesunden Blutfluss bieten kann und dabei blut‑ und gewebeverträglich bleibt – zumindest über die ersten Monate. Wenn Langzeitstudien bestätigen, dass die polymeren Segel wirklich besser gegenüber Verschleiß und Verkalkung resistent sind als Tiergewebe, könnten solche Geräte länger halten und für jüngere Menschen sicherer sein, die andernfalls im Laufe ihres Lebens mehrere Klappenwechsel benötigen könnten. Die Arbeit beweist noch keinen langfristigen Nutzen beim Menschen, legt aber die Grundlage für nächste Testphasen und deutet auf eine Zukunft hin, in der minimalinvasive Klappenreparaturen Haltbarkeit mit schonender Körperverträglichkeit verbinden können.

Zitation: Stanfield, J.R., Johnson, G., Belais, N. et al. Development and preclinical results of a transcatheter aortic valve implant with novel polymeric leaflets. npj Cardiovasc Health 3, 14 (2026). https://doi.org/10.1038/s44325-026-00112-x

Schlüsselwörter: transkatheterale Aortenklappe, polymerische Herzklappe, Aortenstenose, biokompatible Materialien, kardiovaskuläre Implantate