Temporäre Schrittmacher können als Überbrückungsmaßnahme eingesetzt werden, um den Herzschlag nach Operationen und in Notfallsituationen zu regulieren. Doch weil sie chirurgisch eingesetzt und entfernt werden müssen, bestehen auch Risiken: Der Mondläufer Neil Armstrong beispielsweise erlitt im Jahr 2012 tödliche Blutungen, als Chirurgen die Drähte seines temporären Herzschrittmachers entfernten. Jetzt haben Forschende einen kleinen temporären Herzschrittmacher entwickelt, der dieses Risiko zum Teil ausschalten könnte. Ihr Gerät ist nur wenige Millimeter lang, hat keine Drähte und wird minimalinvasiv eingesetzt. Es kann mit einer Nadel in den Körper injiziert werden. Und wenn es seine Arbeit getan hat, löst es sich einfach auf.

Herkömmliche temporäre Herzschrittmacher bestehen aus Elektroden, die in den Herzmuskel implantiert werden. Diese Elektroden sind an eine externe Batterie angeschlossen, die einen Impuls abgibt, um den Herzrhythmus zu kontrollieren und langsame oder unregelmäßige Herzschläge zu korrigieren. Der neue, weniger invasive Herzschrittmacher, der besonders für das kleine Herz von Neugeborenen nützlich sein könnte, »besteht aus zwei Elektroden – leitenden Metallpads –, die zwei Aufgaben haben«, erklärt der Biomedizintechniker John A. Rogers von der Northwestern University, einer der Co-Autoren eines am 2. April in Nature veröffentlichten Artikels, der das Gerät beschreibt. »Zum einen geben sie Strom in das Herzgewebe, um Kontraktionen zu stimulieren, die den Herzzyklus unterstützen. [Zum anderen] stellen sie eine Energiequelle für den Betrieb des Herzschrittmachers bereit.«

Das Mini-Schrittmachergerät hat keine separate Batterie. Stattdessen funktioniert es wie eine einfache Art von Batterie, die als galvanische Zelle bezeichnet wird: Die beiden Elektroden, die aus unterschiedlichen Kombinationen von Magnesium, Zink und Molybdän bestehen, reagieren mit den natürlich vorkommenden Elektrolyten im menschlichen Körper, um einen elektrischen Strom zu erzeugen.

Auf der den Elektroden gegenüberliegenden Seite befindet sich ein winziger, durch Licht aktivierter Schalter, der den Betrieb der Batterie steuert. Ist der Schalter eingeschaltet, wird ein elektrischer Impuls an das Herzgewebe abgegeben; ist er ausgeschaltet, geschieht nichts. Der Schrittmacher ist mit einem weichen, flexiblen Hautpflaster über dem Herzen gekoppelt, das die Herzfrequenz überwacht. Wenn dieses einen unregelmäßigen oder langsamen Herzschlag feststellt, schaltet er ein Licht ein und aus, um die richtige Schrittmacherfunktion vorzugeben. Der Herzschrittmacher reagiert auf Licht im nahen Infrarotbereich – einer Wellenlänge, die tief in biologisches Gewebe eindringen kann.

Wenn der Herzschrittmacher seine Aufgabe erfüllt hat, löst er sich einfach im Körper auf. Das Gerät habe eine begrenzte Betriebsdauer von einigen Tagen bis zu etwa drei Wochen, sagt Rogers, je nach Wahl der Metalle für die Elektroden.

Die aktuelle Studie ist eine Weiterentwicklung eines früheren auflösbaren Herzschrittmachers desselben Teams. Die frühere Version verwendete anstelle einer galvanischen Zelle eine Technologie, die als Nahfeldkommunikation bezeichnet wird: Sie wurde mit Strom betrieben, der zu einer Antenne geleitet wurde. Daher war dieser alte Herzschrittmacher sehr viel größer. Dass das neue Modell so klein ist, sei ein Vorteil, so Rogers. »Daraus folgt, dass wir mehrere dieser millimetergroßen Schrittmacher gleichzeitig an verschiedenen Stellen des Herzens einsetzen können und dass die Geräte mit unterschiedlichen Wellenlängen arbeiten können.«

Die Forschenden untersuchen auch, ob die Geräte in medizinische Implantate integriert werden können, zum Beispiel in künstliche Herzklappen, deren Funktion man technisch noch nicht regulieren kann.

Thanh Nho Do, ein biomedizinischer Ingenieur an der Universität von New South Wales in Australien, der nicht an der Studie beteiligt war, bezeichnet diesen Schrittmacher als einen Durchbruch in der Miniaturisierung. Er ermöglicht eine zuverlässige und anhaltende Stimulation ohne externe Energiezufuhr und könnte die Verfahrensrisiken und das Unbehagen der Patienten erheblich verringern.

Xiaoting Jia von der Virginia Tech, der ebenfalls nicht an dem Projekt beteiligt war, sieht ein großes Potenzial für den praktischen Einsatz beim Menschen. »Das Team hat umfassende Tests in Tieren und auch ex-vivo [Experimente außerhalb des Körpers] durchgeführt. Der nächste wichtige Schritt wäre eine gründliche Sicherheitsbewertung für die Anwendung am Menschen und eine Zulassung für den klinischen Einsatz.« Die Forschenden arbeiten mit Hilfe eines neuen Start-up-Unternehmens auf dieses Ziel hin.

Eine zentrale Herausforderung, so Do weiter, sei die Auswahl geeigneter Materialien, die ein Gleichgewicht zwischen Funktionalität und sicherem Abbau herstellen, ohne übermäßige Immunreaktionen wie Entzündungen auszulösen.