Pulsatile Flüsse zur Funktionsoptimierung eines Langzeit-Oxygenators

• Antragsteller: Professor Dr. Rolf Rossaint; Professor Dr.-Ing. Ulrich Steinseifer
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Anästhesiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 265106560

Während extrakorporaler Membranoxygenierung (ECMO) ist die Langzeitfunktion der Oxygenatoren trotz technischer Verbesserungen nach wie vor auf 1 - 2 Wochen begrenzt. Insbesondere im Hinblick auf neue Anwendungsfelder wie Bridge-to-transplant oder chronisch obstruktive Lungenerkrankungen ist es nötig die Einsatzdauer der Systeme zu verbessern. In dem vorliegenden Projekt soll die Hypothese, dass pulsatile Flüsse bei extrakorporaler Lungenunterstützung zu einer verbesserten Gastransferleistung und Hämokompatibilität und damit zu einer verlängerten Laufzeit der Oxygenatoren führen, überprüft werden. Dazu ist geplant, pulsatilen und nicht-pulsatilen Fluss bei extrakorporaler Lungenunterstützung hinsichtlich der Langzeitleistung der Oxygenatoren und der Effekte auf die Hämokompatibilität unter Berücksichtigung der Gerinnungs- und Immunaktivierung systematisch zu untersuchen. Diese Ziele sollen dabei in mehreren Schritten erreicht werden. 1. In der Theorie kann durch Pulsatilität eine Vermeidung von Stasezonen und eine verbesserte Durchmischung des Blutes mit verbesserter Gastransferleistung erreicht werden. Um grundlegende Erkenntnisse zur Erarbeitung des optimalen Flussprofils in diesem Projekt zu erarbeiten, sollen in einem ersten Schritt verschiedene pulsatile Flussprofile definiert und entwickelt werden, wobei auf vorhandenes medizinisches und medizintechnisches Wissen zurückgegriffen wird. 2. Durch die Entwicklung eines Demonstrators sollen erste In-vitro-Versuche ermöglicht werden, die eine Eingrenzung der zu untersuchenden Flussprofile ermöglichen. Ein erstes Ziel ist dabei, den Einfluss pulsatiler Flussprofile auf die Gastransferleistung zu untersuchen. 3. Auf Grundlage der als vielversprechend identifizierten pulsatilen Flussformen soll der Demonstrator und die Steuerung angepasst werden und eine In-Vitro-Versuchsreihe erfolgen, die systematisch pulsatile und nicht-pulsatile Flussprofile hinsichtlich der Effekte auf Gasaustausch, Flussraten und Hämokompatibilität untersucht. Zusätzlich zu Gasaustausch und Bluttraumatisierung werden Parameter zu Gerinnungs- und Immunsystem mit Humanblut gemessen. Anschließend ist eine rasterelektronenmikroskopische und immunhistopathologische Analyse der Oxygenatorfasern geplant. Mit den Ergebnissen wäre dann eine Überprüfung der theoretischen Vorteile der Pulsatilität möglich, ob ein pulsatiler Fluss in der Praxis wirklich zu einer Steigerung der Effektivität und Langzeitstabilität einer extrakorporalen Lungenunterstützung führt. Die Charakterisierung eines idealen Strömungsprofils kann dann genutzt werden, um in einem Folgeantrag im In-Vivo-Versuch die Langzeitstabilität einer Langzeitlungenunterstützung zu evaluieren und die Effekte auf verschiedene Organsysteme zu untersuchen. Letztendlich könnte damit dann bei positivem Versuchsergebnis das Ziel einer effizienteren und langzeitstabileren extrakorporalen Lungenunterstützung erreicht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen