Basler Forschende entwickeln innovatives, vom Origami inspiriertes Herzpflaster

Titanplatten und elektronische Chips sind von gestern. Die Zukunft der Herzmedizin wird in Basel aus Papier gefaltet. In einer eindrücklichen Demonstration interdisziplinärer Innovation hat ein Zusammenschluss Schweizer Forschender einen biomedizinischen Durchbruch vorgestellt, der die alte japanische Kunst des Origami mit modernster Nanotechnologie verbindet. Das ist keine Science-Fiction, sondern das Ergebnis einer starken Zusammenarbeit zwischen der Universität Basel, der FHNW, dem Swiss Nanoscience Institute (SNI) und der OMYA International AG.

Dem Team ist es gelungen, einen Prototyp eines Herzpflasters zu entwickeln, das die verheerenden Folgen eines Herzinfarkts mindern soll. Die im März in der renommierten Fachzeitschrift ACS Biomaterials Science and Engineering veröffentlichte Arbeit stellt einen grundlegenden Wandel in unserem Ansatz zur Organregeneration dar. Mithilfe einer Technologie auf Basis von zellbesetztem Papier gehen die Forschenden über einfache mechanische Lösungen hinaus und entwickeln lebende Lösungen für geschädigte Herzen. Dieser mutige Schritt unterstreicht Basels Stellung als globales Zentrum der Lebenswissenschaften und beweist einmal mehr, dass der Schweizer Innovation keine Grenzen gesetzt sind.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind in der Schweiz nach wie vor unbestritten die häufigste Todesursache. Diese Statistik überschattet die Gesundheitslandschaft des Landes. Erleidet jemand einen Herzinfarkt, läuft die Zeit unerbittlich. Eine Ischämie, also die Unterbrechung der Versorgung mit sauerstoffreichem Blut, lässt das Herzgewebe ohne Sauerstoff und führt zum unwiderruflichen Absterben von Zellen. Zwar haben sich die unmittelbaren Überlebenschancen verbessert, doch danach folgt häufig ein langsamer, zermürbender Weg hin zur Herzinsuffizienz.

«Das Herz verfügt nur über eine sehr begrenzte Fähigkeit zur Reparatur und Regeneration», betont Anna Marsano von der Abteilung Biomedizin der Universität Basel. Ihre Warnung ist deutlich: Ohne Eingreifen nimmt der Schaden zu. Bisherige Behandlungen wie Stents oder medikamentöse Therapien wirken oft eher als Übergangslösungen denn als Heilmittel. Das neue Origami-Pflaster soll die Lage grundlegend verändern. Indem es abgestorbene Zellen ersetzt und die Pumpleistung des Herzens wiederherstellt, begegnet das Gerät der Krise direkt und bietet einen Hoffnungsschimmer, wo bislang nur Schadensbegrenzung möglich war.

Hier trifft die Natur auf Nanotechnologie, in einer herausragenden Ingenieurleistung. Um die komplexen, rhythmischen Kontraktionen des menschlichen Herzens nachzuahmen, griffen die Forschenden auf ein überraschendes Material zurück: reines Zellulosepapier. Ein flaches Blatt reichte jedoch nicht aus. Das Team faltete die Zelluloseblätter sorgfältig zu kleinen, ziehharmonikaartigen Strukturen und schuf so ein Gerüst, das sich im perfekten Einklang mit dem Herzmuskel ausdehnen und zusammenziehen kann.

Maurizio Gullo von der FHNW betont, wie viel Präzision dafür nötig war: «Wir haben verschiedene Ansätze untersucht und festgestellt, dass das Faltmuster entscheidend war.» Die Blätter werden mit einer speziellen Gelatine beschichtet und mit im Labor gezüchteten Gefäss- und Herzzellen besiedelt. Das Ergebnis ist ein Gerät, das sich physisch wie der Herzmuskel verhält. Der aktuelle Prototyp besteht aus einer einzigen Schicht mit Gefäss- und Herzzellen, zeigt aber bereits, dass er sich dehnen und zusammenziehen kann. Dieser entscheidende Machbarkeitsnachweis bestätigt den Origami-Ansatz.

Der Weg von einer Petrischale in Basel bis in den Brustkorb eines Patienten ist voller Herausforderungen, doch der Fahrplan ist klar und ehrgeizig. Die bisherigen Ergebnisse beschränken sich auf In-vitro-Experimente im Labor, doch die Entwicklung soll rasch vorangehen. «Als Nächstes werden wir weitere Schichten hinzufügen und das Pflaster voll funktionsfähig machen», erklärt der Forschende Antonio Sileo. Das Team ruht sich nicht auf seinen Lorbeeren aus und hat bereits die nächsten wichtigen Meilensteine im Blick.

Die Tests werden von Kleintiermodellen wie Mäusen auf grössere Säugetiere wie Schweine ausgeweitet, bevor schliesslich klinische Studien am Menschen beginnen. Dieses strenge Verfahren gewährleistet Sicherheit und Wirksamkeit, doch die Dringlichkeit ist spürbar. Da Herzinsuffizienz in den Kantonen weiterhin Menschenleben fordert, ist der Druck gross. Bei diesem Projekt geht es um mehr als ein Experiment. Es ist ein Wettlauf gegen die Zeit, um ein Instrument bereitzustellen, das Tausende retten könnte, und eine bahnbrechende Idee aus der Forschung in eine lebensrettende Hilfe in den Händen von Ärztinnen und Ärzten zu verwandeln.