„Sehen Sie die Knubbel dort?“ Dr. Annette Moter bewegt den Bildschirmpfeil auf kleine bräunliche Gewächse inmitten der Videoaufnahme. „Bakterien haben das Gewebe der Herzklappe zerstört“, erklärt die Mikrobiologin. „Das zerstörte Gewebe bildet nun diese Knötchen.“ Werden sie sichtbar, besteht die bakterielle Infektion schon seit Wochen. „Dann ist sie lebensbedrohlich“, weiß die Wissenschaftlerin vom Biofilmzentrum der Charité in Berlin. Die Bakterien, die sich auf der Herzklappe niedergelassen haben, sind jeweils nur ein tausendstel Millimeter groß, können aber schwere Entzündungen der Herzinnenhaut (Endokard) und der Herzklappen verursachen. Bleibt die Endokarditis unbehandelt, sind die Folgen gravierend: Das Gewebe wird mehr und mehr geschädigt, die Herzklappen verändern ihre Form, sie können nicht mehr korrekt schließen und ihre Aufgabe als richtungsweisende Ventile erfüllen. Das Herz wird zunehmend beeinträchtigt, schließlich kommt es zu Herzschwäche (Herzinsuffizienz). Lösen sich Bakterienpfropfen oder Gerinnsel, drohen sie Blutgefäße im Hirn, in der Lunge oder Niere zu verschließen – das Risiko steigt, einen Schlaganfall, eine Lungenembolie oder einen Niereninfarkt zu erleiden.
„Bislang lässt sich die Erkrankung nur schwer behandeln“, erklärt ihr Forscherkollege Professor Alexander Lauten. Das Belegen auch die Zahlen: Jährlich erleiden hierzulande rund 10.000 Menschen eine Endokarditis – etwa jeder vierte stirbt daran. Eine Endokarditis muss mit Antibiotika behandelt werden. Häufig sind die antibakteriellen Wirkstoffe aber nicht wirksam genug, und wegen ihrer Nebenwirkungen auf andere Organe lässt sich die Dosis nicht beliebig erhöhen. Schlägt aber die Antibiotikatherapie fehl, bleibt nur die Operation am offenen Herzen: Die infizierte Herzklappe muss entfernt und durch eine künstliche Herzklappe ersetzt werden. Ungefähr die Hälfte der Betroffenen, bei denen die Antibiotika versagen, muss sich einer solchen Operation unterziehen – für viele alte oder durch weitere Krankheiten geschwächte Menschen aber kommt ein derartiger Eingriff nicht infrage, er ist zu riskant. Das Projekt der Wissenschaftler zeigt einen Ausweg aus diesem Dilemma: Annette Moter, Alexander Lauten und Kollegen wollen künstliche Herzklappen entwickeln, die mit einem antibakteriellen Schutzschild ausgestattet sind. In den Körper des Patienten eingebracht, sollen die beschichteten Herzklappen dazu verhelfen, eine Endokarditis wirksamer und schonender zu behandeln. Mehr noch: Sie sollen verhindern, dass es zur Infektion mit ihren schweren Folgen kommt.
Filigrane Richtungsgeber
Das Herz besitzt vier Herzklappen. Die Klappen stellen sicher, dass das Blut in die richtige Richtung fließt. Die „Segelklappen“ heißen so, weil sie mit ihren faserigen Aufhängungen wie Segel aussehen: Sie verhindern, dass in der Systole – wenn sich der Herzmuskel anspannt – Blut in den Vorhof zurückfließt. Die „Taschenklappen“ ähneln halbmondförmigen Taschen. Sie verhindern, dass in der Diastole – in der Entspannungsphase – Blut in die Herzkammer zurückströmt. Die „Herztöne“ zeigen das Schließen der Klappen im Herzen an.
Beschichtete Herzklappen via Gefäßsystem
Eine Alternative zur Operation am offenen Herzen ist das sogenannte TAVI-Verfahren: Der Arzt führt die Ersatzklappe mit einem Katheter über die Leistenarterie via Gefäßsystem zum Herzen. Die TAVI – medizinisch korrekt „Transkatheter-Aortenklappen-Implantation“ – ist seit Jahren etabliert. Die Wissenschaftler wollen die TAVI mit der antibakteriellen Herzklappe kombinieren. „Auf diese Weise können wir Antibiotika nicht nur unmittelbar am Ort der Infektion wirken lassen, sondern auch mit höheren Dosen arbeiten, ohne bedenkliche Nebenwirkungen an anderen Organen zu riskieren“, erklärt Herzspezialist Lauten. Die Behandlung wird so für die Patienten verträglicher.
Um die Antibiotikatherapie zu optimieren, gilt es zuerst zu analysieren, welche Bakterien für die Endokarditis überhaupt verantwortlich sind. Beim Enttarnen der Krankheitserreger hilft den Wissenschaftlern ein neues molekularbiologisches Verfahren, die „Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung“, kurz FISH. Die Methode bringt bestimmte Erreger mit fluoreszierenden Gen-Sonden zum Leuchten und macht den Befall unter einem Spezialmikroskop sichtbar. Annette Moter zeigt das Ergebnis der FISH-Analyse am Beispiel einer mikroskopischen Aufnahme: Wie orangefarbene und blaue Weihnachtskugeln glitzern die Krankheitserreger auf dem Bildschirm. Mit FISH lässt sich nicht nur exakt feststellen, um welche Erreger es sich handelt, sondern auch wo sie sich eingenistet und wie stark sie sich vermehrt haben. „Es gibt keine andere Methode, die das so deutlich zeigen kann“, lobt Annette Moter.
Ein Bioreaktor als Modell
Doch wie lässt sich untersuchen, ob die Idee der lokalen Behandlung infizierter Herzklappen auch im menschlichen Organismus funktioniert? Die Charité-Forscher haben dafür ein bislang einzigartiges Endokarditis-Modell entwickelt: Eine Schweineherzklappe schwimmt in einer physiologischen Nährlösung, und eine Pumpe sorgt dafür, dass sich die Klappen wie beim echten Herzen rhythmisch öffnen und schließen. Diesem „Bioreaktor“ können die Wissenschaftler zu Versuchszwecken unterschiedliche Bakterienarten zusetzen und so im Labor nachvollziehen, was während der Infektion mit den Herzklappen im menschlichen Körper geschieht. Drei Jahre lang haben die Forscher an ihrem Modell getüftelt, um das Endokarditis-Geschehen so genau wie möglich zu imitieren. Der Aufwand hat sich gelohnt, ließen sich doch aufschlussreiche Details erkennen, beispielsweise, dass sich die Bakterien nicht wahllos auf der Herzklappe niederlassen. Stattdessen bevorzugen sie Stellen, wo Strudel und Zugkräfte herrschen. Derzeit nutzen die Forscher ihr Endokarditis-Modell, um Antibiotika und neue antibakterielle Wirkstoffe zu testen. Dazu arbeitet das Berliner Team eng mit Forschergruppen in ganz Europa zusammen.
Bevor die mit Antibiotika beschichteten künstlichen Herzklappen beim Menschen verwendet werden können, müssen noch viele weitere Fragen beantwortet werden. In zehn Jahren, wagen die Forscher einen Blick in die Zukunft, könnte ihr neues Verfahren so weit sein, dass die Patienten von ihren neuen Ideen profitieren.
Dr. Rusche-Projektförderung
Die „Dr. Rusche-Projektförderung“ der im Jahr 1988 von der Deutschen Herzstiftung gegründeten Deutschen Stiftung für Herzforschung und der Deutschen Gesellschaft für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie ist mit 60.000 Euro dotiert. Namensgeber ist der Internist Dr. Ortwin Rusche aus Bad Soden, der die Deutsche Stiftung für Herzforschung in seinem Testament mit dem Zweck der Förderung von Forschungsprojekten auf dem Gebiet der Herzchirurgie großzügig bedachte.
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