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NeonatOx – Ein Pumpenloses Extrakorporales Lungenunter-stützungssystem für Frühgeborene

Der Gasaustausch bei Frühgeborenen ist häufig durch die strukturelle und funktionelle Unreife der Lunge beeinträchtigt. Fast immer ist eine künstliche Beatmung zur ausreichenden Oxygenierung und CO2-Elimination erforderlich. Sie bewirkt aber gleichzeitig eine mechanische und entzündliche Zerstörung des Lungengewebes. Die extrakorporale Oxygenierung ist bisher keine Alternative zur mechanischen Beatmung, da unter anderem die Größe der verfügbaren Oxygenatoren und Kanülen nicht auf den Bedarf dieser kleinsten Patienten angepasst ist.

Wir überprüfen die Hypothese, ob durch Verwendung eines ausreichend kleinen, passiv (arteriovenös) in den fetalen Plazentakreislauf eingebundenen Membranoxygenators eine wesentliche Verbesserung des Gasaustauschs erzielt werden kann. In enger Zusammenarbeit zwischen unseren Ingenieuren und den Neonatologen der Sektion Neonatologie (Klinik für Kinder- und Jugendmedizin des Universitätsklinikums Aachen) entwickelten wir einen miniaturisierten Oxygenator und angepasste Kanülen als pumpenloses extrakorporales Lungenunterstützungssystem, welches über eine Kanülierung der Nabelschnur-Gefäße mit dem Kreislauf des Patienten verbunden wird (im Sinne einer „künstlichen Plazenta“).

Dieser Oxygenator (NeonatOx, Abb. 1) mit einer Gasaustauschflächen von 0,09 m² und 12 ml Füllvolumen (19 ml inkl. inkl. arterieller und venöser Schläuche) wurde entwickelt, als Labormuster hergestellt und bereits in vitro und in vivo getestet. Die In-vitro-Tests ergaben einen typischen Gasaustausch 47 mlCO2/Blut und 53 mlO2/lBlut bei 80 ml/min Blutflussrate und 160 ml Sauerstoffdurchfluss.

Weitere Entwicklungsschritte, die im Rahmen des NeonatOx-Projektes durchgeführt werden sollen, sind die Optimierung sowohl des Oxygenators bzw. des gesamten extrakorporalen Kreislaufs als auch der Kanülen.

Wir bedanken uns herzlich bei Matthias Seehase, MD, Reint K. Jellema, MD, Jennifer J. Collins und Prof. Boris W. Kramer, MD, PhD des Lehrstuhls für Experimentelle Perinatologie (Department of Pediatrics, Maastricht University Medical Center, Maastricht, The Netherlands) für Ihre fachliche Unterstützung.

Fig. 1: NeonatOx im Einsatz

Publikationen

  • Schoberer M, Arens J, Erben A, Ophelders D, Jellema RK, Kramer BW, Bruse JL, De Brouwer P, Schmitz-Rode T, Steinseifer U, Orlikowsky T: Minaturization: The Clue to Clinical Application of the Artificial Placenta. Artif Organs. 38(3):208–214, 2014
  • Schoberer M, Arens J, Lohr A, Seehase M, Jellema RK, Collins JJ, Kramer BW, Schmitz-Rode T, Steinseifer U, and Orlikowsky T: Fifty years of work on the artificial placenta: Milestones in the history of extracorporeal support of the premature newborn. Artif Organs, 36(6):512–516, 2012
  • Arens J, Schoberer M, Lohr A, Orlikowsky T, Seehase M, Jellema RK, Collins JJ, Kramer BW, Schmitz-Rode T, Steinseifer U: NeonatOx - A Pumpless Extracorporeal Lung Support for Premature Neonates. Artificial Organs. 35(11):997–1001, 2011

Abstracts

  • Arens J, Schoberer M, Erben A, Orlikowsky T, Ophelders D, Jellema RK, Kramer BW, De Brouwer P, Schmitz-Rode T, Steinseifer U: Neonatox: A Pumpless Extracorporeal Lung Support for Premature Infants. ASAIO J, 58(7):48, 2012
  • Arens J, Schoberer M, Erben A, Orlikowsky T, Ophelders D, Jellema RK, Kramer BW, De Brouwer P, Schmitz-Rode T, Steinseifer U: The NeonatOx: An Update on Design, In-Vitro, and In-Vivo Testing. Artif Organs, 36(5):A23, 2012
  • Schoberer M, Arens J, Erben A, Ophelders D, Jellema RK, Kramer BW, De Brouwer P, Schmitz-Rode T, Steinseifer U, Orlikowsky T: Miniaturisation: The Clue to Clinical Application of the Artificial Placenta. Artif Organs, 36(5):A24, 2012
  • Arens J, Schoberer M, Lohr A, Orlikowsky T, Seehase M, Jellema RK, Collins JJ, Kramer BW, Schmitz-Rode T, Steinseifer U: A Pumpless Extracorporeal Lung Assist for Premature Neonates: The Aachen Neonatox. Int J Artif Organs. 34(8):670, 2011
  • Arens J, Schoberer M, Lohr A, Orlikowsky T, Seehase M, Jellema RK, Collins JJ, Kramer BW, Schmitz-Rode T, Steinseifer U: NeonatOx - A Pumpless Extracorporeal Lung Support for Premature Neonates. Artificial Organs. 35(4):A8, 2011
  • Schoberer M, Arens J, Lohr A, Seehase M, Jellema RK, Collins JJ, Kramer BW, Schmitz-Rode T, Steinseifer U, Orlikowsky T: 50 Years of Research on the Artificial Placenta: Can we turn a Toy into a Treasure? Artificial Organs. 35(4):A9, 2011

Kontakt

Dr.-Ing. Jutta Arens

Tel: +49 241 80 87018

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