Fluorescent Hemolysis Detection (FHD): Validierung der In-vitro Testmethode

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ulrich Steinseifer
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321130633

Herz-Kreislauf-Unterstützungssysteme, wie z. B. Blutpumpen oder Herzklappen, finden vielfältigen Einsatz in der Therapie von kardiovaskulären Krankheiten. Neben der Organtransplantation bieten diese Systeme eine alternative Therapie mit mittlerweile äquivalenten Erfolgsquoten. Dennoch sind schwerwiegende Komplikationen wie Hämolyse (Zerstörung roter Blutkörperchen), Thrombosen oder Blutungen für den Patienten mit hohen Risiken verbunden und verursachen zudem hohe Kosten in der Therapie und Nachsorge.Bei der Hämolyse tritt der, für den Sauerstofftransport zuständige, rote Blutfarbstoff Hämoglobin durch einen Membrandefekt aus den Erythrozyten (RBCs) aus. Aktuell gibt es weder in silico noch in vitro ein Verfahren, mit dem der genaue Ort der Hämolyse bestimmt werden kann. Daher werden wesentliche Probleme erst spät im Entwicklungsprozess, schlimmstenfalls erst im Patienten erkannt. Mit der Fluorescent Hemolysis Detection (FHD)-Methode wurde ein neuer Ansatz etabliert, der dieses Defizit adressiert.Die FHD-Methode basiert auf sogenannten Ghostcells (GCs), RBCs, denen über Lysen Hämoglobin entzogen wird. Zeitgleich werden die GCs mit einem Marker beladen und anschließend in ein künstliches Plasma suspendiert. Dieses beinhaltet einen auf den Marker sensitiven Fluoreszenzindikator. Wird die GC-Suspension als Blutersatzfluid bei In-vitro-Tests verwendet, ist ein Hämolyse-Ereignis durch ein Fluoreszenzsignal aus der Reaktion des Indikators mit dem Marker örtlich zu detektieren.Im Rahmen des vorangegangenen Projekts wurden bereits einige Kernaspekte der Methode erfolgreich bearbeitet: Großmengenproduktion von beladenen GCs, rheologische Anpassung der GCs, Vergleich der Deformationsfähigkeit von GCs zu RBCs sowie die Membran-Impermeabilität der GCs gegenüber dem Marker. Es wurde gezeigt, dass beladenen GCs in der Rheologie und Impermeabilität mit den RBCs vergleichbar sind.Im Fortsetzungsantrags wird die FHD-Methode als örtlich und zeitlich auflösende Hämolyse-Evaluierung für blutführende Medizinprodukte validiert. Bisher konnte nur chemisch induzierte Hämolyse mit GCs gezeigt werden, am Ende des Folgeprojekts wird mechanisch induzierte Hämolyse in einer Zentrifugalpumpe mit der FHD-Methode und simultaner PIV-Messung ortsaufgelöst darstellbar sein. Dafür wird der Einfluss der PIV-Partikel auf GCs sowie zeitliche als auch räumliche Auflösungsgrenzen quantifiziert. Außerdem wird ein Hämolyse-Schwellwert der GCs im Vergleich zu RBCs ermittelt, um letztlich quantitative, validierte Hämolyse-Messungen nach Norm durchführen zu können. Zukünftig wird es möglich sein, a piori blutführende Medizinprodukte mit der FHD Methode hinsichtlich Hämolyse aussagekräftiger zu bewerten. Darüber hinaus können CFD-Simulationen zur Vorhersage von Hämolyse mit den gewonnenen Ergebnissen optimiert und validiert werden.Dies hat positive Auswirkung auf die Patientensicherheit in klinischen Studien und, nach Zulassung, bei der Therapie am Menschen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen