Der Hühnerembryo als Modell für intrauterine, ultraschallgesteuerte Herzinterventionen

Abstract

Für Kinder mit einer pränatal diagnostizierten Aorten- oder Pulmonalklappenstenose oder einem hypoplastischen Linksherzsyndrom kommt die derzeit durchgeführte postnatale Behandlung häufig zu spät. Die Krankheitsbilder verlaufen progredient. Durch die veränderte intrakardiale und intravaskuläre Hämodynamik treten irreversible Sekundärschädigungen auf. Die Langzeitüberlebenschancen sind trotz postpartaler chirurgischer Maßnahmen gering, Spontanheilungen wurden bisher nicht beschrieben. Daher gewinnt die frühzeitige pränatale Behandlung immer mehr an Bedeutung. Derzeit gibt es auf dem Gebiet der pränatalen, minimalinvasiven, ultraschallgesteuerten Herzpunktion zur kathetergesteuerten Ballondilatation, abgesehen von experimentellen Einzelfallberichten, noch keine etablierten Behandlungsmöglichkeiten. Auch bisher durchgeführte Tierversuche stehen weit hinter dem theoretisch Möglichen zurück. Da minimalinvasive Behandlungen in der Zukunft der Pränatalmedizin eine wichtige Rolle spielen, wurde in der vorliegenden Arbeit der Hühnerembryo als Tiermodell für ultraschallgesteuerte, intrauterine Herzpunktionen untersucht. Beim menschlichen Feten ist eine Intervention zwischen der 18. und 33. Schwangerschaftswoche möglich, die Hüherembryonen wurden nach 18 Tagen Inkubation punktiert. Der Mensch hat zum Interventionszeitpunkt die Embryonalperiode mit der Organogenese bereits abgeschlossen und befindet sich in der Fetalperiode. In dieser erfolgen das Größenwachstum und die Ausreifung der Organanlagen. Das Hühnchen ist zum Zeitpunkt der Intervention noch nicht geschlüpft, die Herzentwicklung ist jedoch schon abgeschlossen und die Lungenatmung hat bereits eingesetzt. Die Herzen von Mensch und Huhn weisen eine ähnliche Aufteilung in Vorhöfe und Ventrikel auf. Unterschiede zeigen sich in den Ein- und Ausflussbahnen, im Foramen ovale und in der topographischen Lage des Herzens. Diese Unterschiede waren für diese Arbeit nicht relevant. Um einen geeigneten Zugang zum Embryo durch die Eischale zu ermöglichen, wurde je nach Experimentalaufbau nach 48 Stunden Bebrütung oder am Tag der Punktion gefenstert. Durch diese Fenster wurde unter sonographischer Kontrolle in 38 von 42 Hühnerembryonen die Herzpunktion durchgeführt. Zur Markierung des Stichkanals wurde während der Punktion in einer Serie Tusche, in der anderen Nilblausulfat injiziert. Bei drei Hühnerembryonen wurde versucht, mittels Katheterintervention einen Coil im Herzen zu platzieren. Postinterventionell wurden die Hühnerembryonen nach drei bis sechs Stunden Überleben präpariert, um das Herz makroskopisch und histologisch zu untersuchen. Am Stereomikroskop wurde festgestellt, dass die Punktion in 26 von 38 Fällen erfolgreich war und ohne schwere Folgen am Myokard durchgeführt werden kann. Die histologische Untersuchung zeigte, dass sich das Myokard im Bereich des Stichkanals in den ersten sechs Stunden nach der Intervention wieder weitestgehend verschließt. Der aufgefundene Stichkanal war mit Fibrin überzogen. Ein Hühnerembryo wurde 24 Stunden nach erfolgreicher Punktion ohne Anzeichen kardialer Dysfunktion vorzeitig aus dem Ei entnommen und für sechs Monate beobachtet. Intrauterine, ultraschallgesteuerte Herzpunktionen am menschlichen Fetus können im Modell Hühnerembryo simuliert werden. Die Herzgröße des Hühnerembryos beträgt allerdings zum Zeitpunkt der Punktion etwa ¼ der Größe des menschlichen fetalen Herzens im für die pränatale Intervention geeigneten Stadium. Das in der vorliegenden Arbeit etablierte Tiermodell Hühnerembryo ist für weitere experimentelle Ansätze zur ultraschallgesteuerten Intervention am embryonalen Herzen geeignet.

Objective Congenital heart defects (aortic or pulmonary stenosis, hypoplastic left heart syndrome) cause irreversible secondary damage, require surgical intervention after delivery and in many cases follow-up surgery with poor outcome. To reduce long-term complications of the pathological foetal heart development and to improve the therapeutical outcome, prenatal minimal-invasive therapy represents a challenging option. Here the potential of the chick embryo as model for ultrasound guided intrauterine cardiac intervention is explored. Methods Chick embryos were incubated for 18 days in fenestrated eggs and their hearts were punctured in ovo with a 22 G needle under ultrasound control. Indian ink and nile-blue-sulfate were injected to mark the injection channel. After cardiac intervention, embryos were further incubated and subsequently sacrificed for macroscopic and histological evaluation of the heart. Results Stereomicroscopic analysis revealed that the needle had successfully penetrated the cardiac ventricular wall in 26 out of 38 embryos. The myocardium was not severely injured. Histological evaluation showed that the myocardium had almost re-occluded after the intervention and that the injection channel was clogged with fibrin. In one case, the embryo was not sacrificed, but was removed from the egg 24 hours after the intervention with no signs of cardiac dysfunction and was followed up for 6 months. Conclusion Intrauterine, ultrasound-guided heart intervention in the human foetus can be simulated in the chick embryo. Not only the shell but also the shell membrane is impermeable for ultrasound so that windowed eggs have to be used. In the pertinent stages the chick embryo heart has about 1/4 of the size of the respective embryonic human heart.