Numerische Modellierung der kardiovaskulären Hämodynamik und Elektrophysiologie
Mathematische Modelle können zu einem besseren Verständnis der menschlichen Physiologie und Pathophysiologie beitragen, indem sie einen anderen Blickwinkel auf die zugrunde liegenden Mechanismen ermöglichen. Es wurden numerische Modelle für das kardiovaskuläre System, einschließlich Herzinsuffizienz im Endstadium, Herzinsuffizienz mit erhaltener Auswurfleistung und Vorhofflimmern, entwickelt.
In jüngster Zeit wurde die numerische Modellierung auch genutzt, um die Reaktion des Herzens auf die Stimulation des Vagusnervs vorherzusagen, sowie um zu einem besseren Verständnis der Interaktionen zwischen Herz und Pumpe beizutragen. Außerdem können uns diese numerischen Modelle dabei helfen, Pumpensteuerungen und künftige neuromodulatorische Therapien zur Wiederherstellung der vagal-kardialen Kontrolle bei HerztransplantationspatientInnen zu entwickeln.
Entwicklung neuromodulatorischer Kontrollstrategien zur Wiederherstellung der vagal-kardialen Kontrolle
Die vagale Denervierung des Herzens nach einer Herztransplantation führt zu einer verminderten Belastungstoleranz und Lebensqualität und möglicherweise auch zu einem früheren Versagen des Transplantats. In diesem Projekt wird eine Neuroprothese zur Wiederherstellung der vagal-kardialen Kontrolle entwickelt.
Die Closed-Loop-Steuerung trägt dazu bei, die Selektivität der Neuroprothese zu erhöhen und gleichzeitig ihren Einfluss auf das Herz zu optimieren. Aufgrund der Komplexität und der hohen Nichtlinearität physiologischer Systeme ist der Entwurf solcher Regelungsstrategien jedoch eine große Herausforderung. Es wird ein modellbasierter Ansatz verfolgt, der dabei hilft, neue neuromodulatorische Kontrollparadigmen zu entwerfen und zu testen und gleichzeitig die Anzahl der Tierversuche zu minimieren. Ein Teil dieser Forschung wurde durch das EU-H2020-Programm (NeuHeart-Projekt) finanziert.
Multimodale Nervendarstellung zur Planung intraneuraler Nervenstimulationselektroden
Für die Entwicklung intraneuraler und epineuraler Elektroden zur Stimulation des Vagusnervs ist ein Verständnis seiner Anatomie erforderlich. In unserem Zentrum wird ein multimodaler Ansatz zur Darstellung des zervikalen Vagusnervs einschließlich seiner kardialen Äste verfolgt.
Die kohärente Anti-Stokes-Raman-Spektroskopie und die optische Kohärenztomographie ermöglichen die Visualisierung und molekulare Charakterisierung von myelinisierten Nervenfasern und Gewebestrukturen (z.B. Epineurium, Faszikel). Die Mikro-CT liefert detaillierte anatomische Informationen über den Vagusnerv, während die hochauflösende episkopische Miskroskopie digitale 3D-Daten histologischer Gewebeproben in hoher Bildqualität liefert. Ein Teil dieser Forschung wurde durch das EU-H2020-Programm (NeuHeart-Projekt) finanziert.