Arterien-Chip: Gefäßform könnte Schlaganfallrisiko besser vorhersagen

In der kardiovaskulären Risikobewertung stützt sich die klinische Praxis bei der Beurteilung von Halsschlagadern bislang primär auf den Grad der Verengung. Wissenschaftliche Untersuchungen verdeutlichen jedoch zunehmend die Grenzen dieses eindimensionalen Maßstabs.

Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung der Universität Sydney stellte im Fachjournal „Cell Biomaterials“ einen innovativen Ansatz vor: eine Arterien-Chip-Plattform, die als physikalischer Zwilling fungiert.

Das System bildet patientenspezifische Gefäßstrukturen sowie reale Blutflussmuster präzise im Miniaturformat nach und zielt darauf ab, die Vorhersage von Schlaganfallrisiken maßgeblich zu verbessern.

Blutflussmuster und Gefäßgeometrie im Fokus

Die technologische Entwicklung ermöglicht es, Gefäßabschnitte von Betroffenen detailliert dreidimensional zu rekonstruieren. Für die Untersuchung bildeten die Forschenden die Halsschlagadern von 6 Patienten mit unterschiedlich weit fortgeschrittener Gefäßerkrankung ab. Dabei zeigte sich, dass selbst bei nahezu identischem Verengungsgrad erhebliche Abweichungen in den lokalen Strömungsmustern auftraten.

Zusätzlich analysierte das Team das Gerinnungsverhalten unter dynamischen Bedingungen. Mithilfe gezielter Laserverletzungen am Kollagen der künstlichen Gefäßwand simulierten die Wissenschaftler Gefäßschäden. Das resultierende Gerinnungsverhalten variierte in Abhängigkeit von der individuellen Gefäßform stark.

Aus den Beobachtungen leiteten die Autoren ab, dass die dreidimensionale Geometrie der Arterien sowie lokale Störungen des Blutflusses möglicherweise ausschlaggebendere Risikofaktoren darstellen als der reine Verengungsgrad allein.

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Globale Belastung durch Gefäßerkrankungen

Die Notwendigkeit verbesserter Vorhersagemodelle unterstreichen internationale Gesundheitsdaten. Laut Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) sterben jedes Jahr fast 17,9 Millionen Menschen an Herz-Kreislauf-Erkrankungen.

Herzinfarkte und Schlaganfälle machen dabei mehr als vier Fünftel dieser Todesfälle aus. Weltweit gilt der Schlaganfall als zweithäufigste Todesursache, wobei der akute ischämische Schlaganfall rund 70 Prozent aller Fälle ausmacht.

Nationale Erhebungen verdeutlichen zudem die langanhaltenden Folgen für das Gesundheitssystem: In Australien ereignen sich beispielsweise etwa 46.000 Schlaganfälle pro Jahr. Ein Drittel der Überlebenden leidet im Anschluss an einer mittelschweren bis schweren Behinderung. Bislang genutzte Diagnoseparameter erfassen das individuelle Risiko oft nur unzureichend, weshalb mechanische und funktionelle Faktoren der Gefäße verstärkt in den Fokus rücken.

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Perspektiven für Medikamententests und individualisierte Medizin

Die neu entwickelte Plattform beschränkt sich nicht auf die reine Risikoabschätzung. Nach Angaben des Forschungsteams soll der physikalische Zwilling perspektivisch auch für präzise Medikamententests sowie zur Planung maßgeschneiderter Therapien eingesetzt werden. Durch die Simulation der patientenspezifischen Hämodynamik lassen sich Reaktionen auf pharmakologische Wirkstoffe vorab unter realistischen Bedingungen prüfen.

Um die Übertragbarkeit der Laborbefunde in den klinischen Alltag zu überprüfen, werden derzeit Schlaganfallpatienten für eine weiterführende klinische Studie rekrutiert. Die Forschenden hoffen, durch diesen Schritt den Weg für biofunktionelle chip-Modelle in der Routineversorgung zu ebnen.