Laserbestrahlung erspart teure Herzoperationen

Berlin. Batterien für Herzschrittmacher halten im Durchschnitt zehn Jahre. Dann müssen sie in einer teuren Operation ausgewechselt sein. Das muss nicht sein, sagen japanische Forscher. Sie haben eine Methode entwickelt, mit der die Batterien mit Strahlung wieder aufgeladen werden können.

Seit mehr als einem halben Jahrhundert nutzt die Medizin sogenannte bioelektrische Systeme, die den menschlichen Körper bei schwächelnden Funktionen unterstützen sollen. Herzschrittmacher, Schmerzmittel- und Insulinpumpen sind die bekanntesten Vertreter. Ihre Achillesferse ist die notwendige Stromversorgung.

Der Herzschrittmacher, der seit etwas mehr als 50 Jahren in den menschlichen Körper implantiert wird, wirkt als Taktgeber für Menschen, deren Herz zu langsam schlägt oder Pausen macht. Das kleine Gerät registriert ständig die Herztätigkeit und gibt bei verlangsamter Herztätigkeit elektrische Impulse an das Herz ab. Dadurch werden eine optimale Herzfrequenz und folglich eine ausreichende Sauerstoffversorgung der Organe sichergestellt.

In Deutschland werden laut des Deutschen Herzschrittmacher-Registers jährlich etwa 70.000 dieser Geräte implantiert - in Österreich sind es jährlich rund 7.800. Doch die Implantate brauchen Batterien. Ihre durchschnittliche Haltbarkeit liegt bei zehn Jahren. Dann müssen sie ausgewechselt werden. Das gleiche gilt auch für andere medizinisch implantierte Geräte: So gibt es inzwischen auch "Schmerzschrittmacher" zur Linderung schwerer chronischer Schmerzen. Diese Neurostimulatoren senden elektrische Impulse direkt an das Rückenmark und blockieren so den Weg des Schmerzsignals zum Gehirn.

Die verbrauchten Batterien können nur durch einen erneuten operativen Eingriff gewechselt werden. Weltweit arbeiten Forscher schon lange an dem Versuch, die Laufzeit dieser Stromversorger zu verbessern. Anfang der 70er Jahre wurde Patienten ein Schrittmacher mit einer Radionuklid-Batterie eingesetzt. Diese Atomschrittmacher hielten Jahrzehnte, doch das Risiko, hoch radioaktives Plutonium im Körper zu tragen, galt als zu hoch.

Von außen aufladbar

Ein japanisches Team hat nun ein Gerät entwickelt, das bei Bestrahlung mit einem Laser Strom liefert. Eijiro Miyako und seine Kollegen vom Health Research Institute (HRI) und vom National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) in Ikeda veröffentlichten in der aktuellen internationalen Ausgabe der "Angewandten Chemie" ein neuartiges Verfahren, die spezielle Batterie des Schrittmachers von außen durch Laserstrahlung wieder aufzuladen.

Herzstück dieses Systems sind kleinste Kohlenstoffröhrchen, die nur wenige Nanometer groß sind. Diese absorbieren das Laserlicht durch die Haut und wandeln diese Lichtenergie sehr effektiv in Wärmeenergie um. Diese Wärmeenergie wird dann in einem zweiten Schritt in elektrischen Strom umgewandelt. In dem neuartigen winzigen Gerät entsteht eine Temperaturdifferenz, da sich nur der Bereich mit den Nanostoffröhrchen erwärmt. Baut man jetzt einen Stromkreislauf auf, entsteht durch die unterschiedliche Temperatur dieser neuartigen Batterie eine kleine elektrische Spannung. Diese reicht aus, um den Schrittmacher in Bewegung zu setzten.

Ladegerät unter der Haut

Dieser sogenannte "Seeback Effekt" ist hinlänglich bekannt. Das Besondere an dieser Forschungsarbeit ist das Material: Die Kohlenstoffnanoröhrchen haben eine einzigartige Aufgabe: Sie absorbieren die Wärmeenergie sehr gut in einem Wellenlängenbereich, der durch unser menschliches Gewebe dringen kann. Dadurch könnte das Gerät, das nicht größer als ein Würfel mit einem halben Zentimeter Kantenlänge sein muss, unter die Haut implantiert werden.

Durch einfache Bestrahlung soll somit genug Spannung erzeugt werden, um elektronische Implantate, wie einen Herzschrittmacher, wieder aufzuladen. Damit könnten nach Angaben des Deutschen Herzschrittmacher-Registers allein in Deutschland jährlich etwa 16.000 Eingriffe vermieden werden, dies ist die Anzahl der sogenannten Aggregatwechsel. Für Patienten, die auf bioelektrische Systeme angewiesen sind, kann diese Neuerung eine deutliche Steigerung der Lebensqualität bedeuten.