Technik trifft Medizin:
Wissenschafter der TU Graz entwickeln mit amerikanischen Kollegen ein Simulationswerkzeug für Arterienerkrankungen

Die Gesetze der Mechanik gelten auch im menschlichen Körper: Mit der Erforschung von Arterienaneurysmen, also krankhaften Erweiterungen von Blutgefäßen, beschäftigt sich ein Projekt des amerikanischen National Institute of Health (NIH), in dem die TU Graz eine entscheidende Rolle spielt. Gemeinsam mit den Top-Universitäten Stanford, Pittsburgh und Texas A&M fiel Anfang März der Startschuss für das Forscherteam rund um Universitätsprofessor Gerhard A. Holzapfel vom Institut für Biomechanik. Das Ziel: Die Entwicklung eines Simulationswerkzeugs für Arterien, das die Entstehung von Aneurysmen analysiert und möglichst genaue Vorhersagen für den Krankheitsverlauf ermöglicht. Das ausgeklügelte Berechnungssystem soll als Open Source, also als „offene Quelle“, für Lehre und Forschung kostenlos zur Verfügung stehen.

Ein Ballon wird so lange mit Luft gefüllt, bis er platzt: So kann man sich die Gefahr eines Arterienaneurysmas vorstellen. „Weitet sich die Gefäßwand einer Arterie aus, kann sie ab einer gewissen Dehnung dem Druck des Blutes nicht mehr standhalten und reisst. Die Folge ist akute Lebensgefahr durch innere Verblutung“, erklärt Holzapfel. Das auf vier Jahre angelegte, amerikanisch-österreichische Forschungsprojekt soll das erste Simulationswerkzeug für Arterien hervorbringen, das sowohl die Beschaffenheit der Gefäßwand, die Blutströmung, das Wachstum von Aneurysmen als auch die Remodellierung mit anatomisch realistischen Modellen integriert.

Simulationstool berücksichtigt alle Aspekte

Für die Behandlung von Arterienaneurysmen gilt bislang in der Regel die Faustregel, operative Eingriffe erst ab einem Arteriendurchmesser von etwa 5,5 Zentimetern durchzuführen. „Die Gefahr von solchen Gefäßweitungen hängt aber natürlich von vielen verschiedenen Faktoren ab“, unterstreicht Holzapfel. Das Simulationstool soll unter Berücksichtigung aller biologischen, mechanischen und chemischen Faktoren patientenspezifisch feststellen, ob ein Versagen des Aneurysmas droht und ein operativer Eingriff notwendig ist. Die Forscher der TU Graz konzentrieren sich besonders auf die mechanische Belastbarkeit von gesunden und erkrankten Arterienwänden.

Open Source zur kostenlosen Verfügung

Der Clou an dem Simulationswerkzeug: Die Forscher bieten ihr „Endprodukt“ kostenlos zur weltweiten Verwendung an. „Damit nicht jeder das Rad neu erfinden muss, wollen wir eine Plattform schaffen, auf die jeder zugreifen und aufbauen kann“, so Holzapfel. Das Open Source-Tool soll zum besseren Verständnis von Erkrankungen der Bauchaorta beitragen, in der Ausbildung von Medizinern eingesetzt werden und chirurgische Eingriffe virtuell simulierbar machen. Das gesamte Projekt wird über die vierjährige Laufzeit mit zwei Millionen US-Dollar unterstützt.