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Blutfluss in Gefäßen steuern

Warum jemand ein Aneurysma entwickelt, ist noch weitestgehend unklar. Promovierende aus der Materialwissenschaft und der Medizin arbeiten gemeinsam an neuen Therapien, um Gehirnblutungen zu vermeiden.

Zwei Menschen im Labor
© Julia Siekmann, Uni Kiel

Anhand von 3-D-Modellen simulieren Mariya Pravdivtseva (UKSH, l.) und Prasanth Velvaluri (CAU), wie ihre neuen Stents den Blutfluss in Gefäßen mit Aneurysmen beeinflussen.

Wenn die Wände von Blutgefäßen wie Arterien schwächer und dehnbarer werden, kann sich eine Art Beule bilden, in der sich Blut ansammelt. Solche Gefäßerweiterungen werden Aneurysmen genannt. Sie können prinzipiell überall im Körper auftreten, so auch im Gehirn. »Aneurysmen können wachsen wie ein Ballon. Im schlimmsten Fall reißen sie und es kommt zu einer lebensbedrohlichen Gehirnblutung«, sagt Prasanth Velvaluri, Doktorand der Materialwissenschaft. Der 26-Jährige kam 2015 für sein Masterstudium von Indien nach Kiel. Mittlerweile forscht er als Doktorand im Graduiertenkolleg »Materials for Brain« an neuen Behandlungsmethoden für Aneurysmen, die im Gehirn auftreten. »Als Kind habe ich in der Apotheke meines Vaters viel mitbekommen und würde gern etwas zur medizinischen Entwicklung beitragen.« Dabei arbeitet er im Tandem mit Mariya Pravdivtseva, Doktorandin am Universitätsklinikum Schleswig-Holstein (UKSH). Beide werden in der Promotion von den Professoren Jan-Bernd Hövener (Molecular Imaging North Competence Center, MOIN CC), Olav Jansen (UKSH) und Eckhard Quandt (CAU) betreut.

Früher wurden Aneurysmen mit kleinen Klammern von Arterien abgetrennt, um zu verhindern, dass sie sich mit Blut füllen. Die OP selbst ist jedoch nicht ungefährlich. Eine Alternative sind minimalinvasive Eingriffe, bei denen über Katheter kleine Metallspiralen eingeführt werden. Sie füllen den Hohlraum im Aneurysma und verhindern so, dass Blut einströmen kann.

Der Blutfluss drückt gegen die Wände des Aneurysmas und ist damit einer der Hauptfaktoren, warum es wächst oder reißt.

Mariya Pravdivtseva

Heutzutage werden mehr und mehr Stents, also gitterförmige Gefäßstützen, genutzt, um Aneurysmen gegen den Blutfluss abzudichten, sogenannte Flow Diverter. Doch beim Einsetzen in die Blutgefäße können sich die flexiblen Drahtgerüste verdrehen. »Das wollen wir mit einem veränderten Design der Stents verhindern«, sagt Mariya Pravdivtseva, die in Russland biologische und chemische Physik studiert hat. Dafür will das Team Stents mit winzigen dreidimensionalen Strukturen entwickeln, die neue Funktionen erlauben. Zum Beispiel könnte das Gerüstgitter unterschiedlich dick sein und an bestimmten Stellen winzige hakenähnliche Strukturen haben, die den Stent fest im Blutgefäß verankern.

Die Größe von nur wenigen Mikrometern macht die Umsetzung allerdings schwierig. Zusammen mit einer Medizintechnikfirma, einer Ausgründung aus der CAU, entwickelt Velvaluri Designs mit besonders dünnen Materialschichten für die Stents. Dafür nutzt das Team Formgedächtnislegierungen, die sich nach einer Verformung an ihre ursprüngliche Gestalt »erinnern« und diese wieder einnehmen. Stents aus solchen Materialien haben den Vorteil, dass sie sich leichter in Blutgefäße einsetzen lassen: Für den Eingriff werden sie komprimiert und erst an der richtigen Stelle der Arterie entfalten sie sich zu ihrer vollen Größe. Methoden, um Stents zu komprimieren, erforschte Velvaluri auch während eines Forschungsaufenthalts an der University of Minnesota (USA) bei Professor Richard James, zurzeit DFG-Mercator Fellow an der CAU.

Die Stent-Entwürfe testet Tandem-Kollegin Pravdivtseva am UKSH, wo sie am 3D-Drucker Modelle von Blutgefäßen mit Aneurysmen entwickelt. In den Arterien platziert sie die neuen Stents und misst den Blutfluss mithilfe von Bildern aus der Magnetresonanztomographie (MRT).

»Der Blutfluss drückt gegen die Wände des Aneurysmas und ist damit einer der Hauptfaktoren, warum es wächst oder reißt. Deshalb testen wir, wie gut unsere Stents das Blut umlenken und verhindern, dass es weiter ins Aneurysma fließt«, erklärt die 26-Jährige. Mit dem MRT kann sie die Geschwindigkeit des Bluts an jeder Stelle im Blutgefäß messen und vor und nach einer Behandlung vergleichen. Ihre Ergebnisse bespricht sie mit Velvaluri und Medizinerinnen und Medizinern vom UKSH, um die Designs weiter anzupassen. Bei ihrem Forschungsaufenthalt an der University of Wisconsin (USA) konnte Pravdivtseva ihre bisherigen Erfahrungen in einer noch größeren Runde diskutieren. Ihre Entscheidung, aus Russland nach Kiel zu kommen, hat sie bislang nicht bereut: »Ich wollte im medizinischen Bereich forschen – mir gefällt, dass du immer vor Augen hast, warum du das machst. Das kann ich hier mit meinem physikalischen Hintergrund ideal verbinden.« Zum Ende des Jahres wollen beide ihre Doktorarbeit abgeben.

Autorin: Julia Siekmann

Website des Graduiertenkollegs: www.grk2154.uni-kiel.de

Graduiertenkolleg »Materials for Brain«

Neue Materialien für die Behandlung von Gehirnerkrankungen wie Epilepsie, Aneurysmen oder Tumore sind das Ziel des internationalen Graduiertenkollegs. In dem 2017 eingerichteten Programm forschen Doktorandinnen und Doktoranden aus unterschiedlichen Disziplinen im Tandem. Workshops, Coachings, Auslandsaufenthalte und regelmäßige Tagungen ergänzen die Qualifizierung, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird. Am 1. April 2020 ist die zweite Runde mit 12 Promovierenden gestartet. (jus)

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