SICVALVES

Motivation: Herzklappenerkrankungen sind eine zunehmende gesundheitliche Belastung für die alternde Bevölkerung, bei der allein die Aortenklappenstenose bei mehr als 12% der Patienten >70 Jahre vorherrscht. Es ist eine chronisch-progressive Erkrankung, die mit Geschlecht und Alter variiert. Bestehende Leitlinien für die Behandlungsplanung verwenden jedoch nur grobe Funktionsparameter, die die interindividuelle Variabilität nicht berücksichtigen und weit von den Anforderungen der Präzisionsmedizin entfernt sind. Im Zeitalter der digitalen Med izin haben Computermodelle das Potenzial, wichtige pathophysiologische Mechanismen zu entschlüsseln und zur personalisierten Präzisionsmedizin beizutragen. Ziele: Die Nutzung fortgeschrittener Modelle auf Zell-, Gewebe- und Organebene, um mechanistische Erkenntnisse über Auslöser von ventrikulären Arrhythmien, diastolischer und systolischer Dysfunktion und myokardialen metabolischen Veränderungen zu gewinnen und zu untersuchen wie sich diese Prozesse gegenseitig verstärken. Geschlechtsspezifische Unterschie de müssen systematisch berücksichtigt werden. Letztlich sollen die Modelle zur Verbesserung der Diagnostik, Risikobewertung und Behandlungsplanung von Herzklappenerkrankungen beitragen. Methoden: Basierend auf unseren bisherigen Arbeiten werden wir bestehe nde computergestützte Modelle der Biomechanik, Elektrophysiologie und der Hämodynamik technologisch weiterentwickeln, testen und validieren. Zur Modellparametrisierung verwenden wir bestehende multidimensionale klinische Daten (Bildgebung, Sensortechnik, Systembiologie) aus eigenen früheren Untersuchungen bei Patienten mit Herzklappenerkrankungen. Die Validierung der Genauigkeit der Modelle zur Vorhersage von mechanistischen Veränderungen erfolgt anhand von Daten, die vor und nach dem Einsatz von künstlichen Klappenprothesen gewonnen werden. Innovation: Fortgeschrittene computergestützte Werkzeuge werden dafür genutzt, um personalisierte Modelle zu erstellen und diese zur quantitativen Bewertung von hypertropischem Remodeling und der Neigung zu Arrhythmien zu verwenden. Es werden vollständig neue Methoden entwickelt um zugrunde liegenden Mechanismen, Verlauf und Symptome die bei Herzklappenerkrankungen auftreten zu verstehen. Des Weiteren wird ein virtueller Simulator für die patientenspezifische Planung der Therapie von Herzklappenerkrankungen entwickelt, der die Wirksamkeit der künstlichen Klappenprothesen verbessert und die Sterblichkeit bei Patienten reduziert.

Das Vorhaben ist Teil des konsortialen Forschungsverbunds ERA-CVD SICVALVES, bei dem folgende Arbeitsgruppen beteiligt sind: Dr. Christoph Augustin (Medizinische Universität Graz), Dr. Sarah Nordmeyer (Charité Berlin) und Dr. Jason Bayer (IHU LIRYC Bordeaux). Ziel des Projekts ist die Anwendung und Validierung computergestützter Modelle, um krankheitsbedingte Veränderungen des Herzmuskels besser zu verstehen und die patientenspezifische Therapieplanung bei Herzklappenerkrankungen zu optimieren. Die Modelle sollen dazu beitragen: 1. Die Therapie des Herzklappenersatzes individueller zu planen und dadurch die Behandlungsergebnisse zu verbessern, 2. den Rückgang krankheitsbedingter Herzmuskelveränderungen nach einem Klappenersatz vorherzusagen und 3. den Zusammenhang zwischen Herzmuskelveränderungen und der Entstehung von Herzrhythmusstörungen besser zu verstehen. Dazu werden bestehende hämodynamische, biomechanische und elektrophysiologische Modelle mithilfe patientenspezifischer Daten optimiert. Präoperative Patientendaten werden verwendet, um postoperative Zustände mithilfe dieser Modelle vorherzusagen. Diese Vorhersagen werden anschließend mit tatsächlichen postoperativen Messungen verglichen. Der Schwerpunkt der Arbeitsgruppe in Graz lag auf der Erstellung virtueller, anatomischer Repliken des Patientenherzens, der Entwicklung von Computersoftware zur elektromechanischen Simulation des Herzmuskels sowie der Personalisierung der Computermodelle mit klinischen Daten. Dabei wurden bereits gesammelte Daten aus früheren Studien der Charité Berlin genutzt, um die computergestützten Modelle individuell zu kalibrieren und so eine patientenspezifische Therapieplanung für den Herzklappenersatz bei Patienten mit Herzklappenerkrankungen zu ermöglichen