Forscher der Kaunas University of Technology (KTU) in Litauen haben nachgewiesen, dass niederfrequente Ultraschallwellen die mechanischen Eigenschaften des Blutes direkt beeinflussen können, indem sie die Aggregation roter Blutkörperchen steuern – ein Befund, der völlig neue Perspektiven für die nicht-invasive Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes und Alzheimer eröffnet und die bisherige Rolle des Ultraschalls als reines Diagnosewerkzeug grundlegend in Frage stellt.
ÜBERSICHT
Ultraschall neu gedacht: Vom Diagnosegerät zum therapeutischen Instrument
Jahrzehntelang galt Ultraschall in der Medizin als Werkzeug der Bildgebung. Ob Schwangerschaftsvorsorge, Herzecho oder Bauchraum-Sonographie – die Technologie diente primär dazu, innere Strukturen sichtbar zu machen. Nun zeigen Wissenschaftler der KTU, dass akustische Wellen bestimmter Frequenzen weit mehr können: Sie greifen aktiv in die Fließeigenschaften des Blutes ein.
Die im Fachjournal Sensors veröffentlichte Studie (DOI: 10.3390/s26082428) liefert erstmals experimentellen Nachweis dafür, dass niederfrequenter Ultraschall Erythrozyten-Aggregate auflösen kann – ein Effekt, der nach Angaben des Forschungsteams in dieser Form bisher nicht dokumentiert worden war.
Erythrozyten unter akustischem Einfluss
Was passiert im Blut?
Rote Blutkörperchen, medizinisch als Erythrozyten bezeichnet, neigen von Natur aus dazu, reversible Zellverbände zu bilden, sogenannte Aggregate. Diese Clusterbildung beeinflusst die Blutviskosität – also die Zähflüssigkeit des Blutes – und damit unmittelbar den Sauerstofftransport im gesamten Organismus.
Die Viskosität des Blutes ist ein zentraler Parameter in der Hämodynamik. Ein erhöhter Wert kann den peripheren Widerstand steigern, den Blutdruck erhöhen und den Gasaustausch in der Lunge wie auch in peripherem Gewebe einschränken.
Zwei Frequenzen, zwei entgegengesetzte Effekte
Das KTU-Team stellte fest, dass Ultraschallwellen je nach Frequenz gegensätzliche Wirkungen auf Erythrozyten entfalten:
- Hochfrequenter Ultraschall erzeugt stehende akustische Wellen, die Erythrozyten in Niederdruckzonen treiben und so die Aggregation fördern. Folge: erhöhte Blutviskosität, potenziell steigender Blutdruck, verminderter Sauerstoffaustausch.
- Niederfrequenter Ultraschall hingegen generiert laufende akustische Wellen (travelling acoustic waves), die Scherkräfte erzeugen. Diese Kräfte lösen bestehende Erythrozyten-Aggregate auf und trennen die Zellen voneinander.
Werden Erythrozyten vereinzelt, entstehen Zwischenräume, die die Blutviskosität senken. Zugleich steht die gesamte Zelloberfläche für den Sauerstoffaustausch zur Verfügung – ein potenziell bedeutsamer Vorteil bei Erkrankungen, die mit eingeschränkter Mikrozirkulation einhergehen.
Wie Studienleiter Prof. Vytautas Ostaševičius, Direktor des KTU-Instituts für Mechatronik, erläutert: Wenn Erythrozyten durch hochfrequenten Ultraschall zusammengeballt werden, steigt die Blutviskosität, Blutdruck und Puls können zunehmen, und der Sauerstoffaustausch wird weniger effizient.
Hintergrund: Die Idee entstand in der COVID-19-Pandemie
Die Forschungsidee hat einen konkreten Ursprung. Während der COVID-19-Pandemie suchten Wissenschaftler weltweit nach nicht-invasiven Methoden, um Patienten mit schweren Atemwegskomplikationen zu unterstützen – ohne den Einsatz zusätzlicher Medikamente.
Das KTU-Team stellte sich die Frage, ob Ultraschall die Interaktion zwischen Hämoglobin und Sauerstoff in der Lunge intensivieren könnte. Aus dieser Überlegung entwickelte sich ein systematisches Forschungsprogramm.
Methodisches Vorgehen
Für die Experimente teilte das Team Blutproben in mehrere hundert Einzelproben auf. Diese wurden Ultraschall unterschiedlicher Intensitäten und Frequenzen ausgesetzt, um die Besonderheiten der Erythrozyten-Dissoziation systematisch zu dokumentieren.
Parallel dazu nutzte das Team sogenannte digitale Zwillinge (Digital Twins) – computergestützte Simulationsmodelle – um einen niederfrequenten Ultraschall-Transducer zu entwickeln, der akustische Signale etwa viermal tiefer in biologisches Gewebe senden kann als herkömmliche Geräte. Diese Technologie ist inzwischen durch ein internationales Patent geschützt.
Potenzielle medizinische Anwendungsfelder
Die Forschung befindet sich noch im frühen Stadium. Dennoch identifiziert das KTU-Team mehrere Bereiche, in denen niederfrequenter Ultraschall künftig therapeutisch eingesetzt werden könnte.
Onkologie: Sauerstoffversorgung von Tumorgewebe
Tumorgewebe ist häufig schlechter mit Sauerstoff versorgt als gesundes Gewebe – ein Zustand, der als Hypoxie bekannt ist und die Wirksamkeit bestimmter Krebstherapien beeinträchtigt. Laufende akustische Wellen werden derzeit erforscht, um mechanisch schwächeres Tumorgewebe gezielt zu beeinflussen.
Ostaševičius formuliert es klar: Wenn die lokale Sauerstoffversorgung von Gewebe verbessert werden kann, könnte dies die Wirksamkeit bestimmter Behandlungen erhöhen. Das Konzept befindet sich jedoch ausdrücklich im frühen Forschungsstadium; klinische Daten liegen noch nicht vor.
Alzheimer-Erkrankung: Öffnung der Blut-Hirn-Schranke
Ein weiterer Forschungsansatz betrifft die Alzheimer-Therapie. Die Blut-Hirn-Schranke stellt eine der größten Herausforderungen bei der medikamentösen Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen dar, da sie den Eintritt vieler Wirkstoffe ins Gehirn verhindert.
Ultraschall wird bereits in anderen Forschungsprojekten untersucht, um die Blut-Hirn-Schranke vorübergehend und reversibel zu öffnen. Die KTU-Wissenschaftler sehen in ihrer Technologie einen möglichen Beitrag zu dieser Methode – mit dem Ziel, die gezielte Wirkstoffzufuhr in Hirngewebe zu verbessern.
Diabetisches Fußsyndrom: Durchblutungsförderung in schlecht heilendem Gewebe
Beim diabetischen Fußsyndrom führt eine chronisch eingeschränkte Mikrozirkulation dazu, dass Wunden nur langsam oder gar nicht abheilen. Amputationen sind in schweren Fällen die Folge. Nach Einschätzung des Forschungsteams könnte niederfrequenter Ultraschall die Durchblutung in betroffenen Gewebebereichen lokal verbessern und damit den Heilungsprozess unterstützen.
Weitere potenzielle Anwendungen
Das Spektrum möglicher Einsatzgebiete reicht nach aktuellen Überlegungen des KTU-Teams noch weiter:
- Gezielte Wirkstoffzufuhr (Drug Delivery) durch verbesserte Gewebedurchdringung
- Unterstützende Therapien bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen
- Behandlung pulmonaler Erkrankungen mit eingeschränkter Lungenfunktion
Einordnung: Wo steht die Technologie heute?
Die Ergebnisse der KTU-Studie sind wissenschaftlich bedeutsam, aber es ist wichtig, sie im richtigen Kontext zu verstehen. Die Forschung ist experimentell; alle beschriebenen therapeutischen Anwendungen befinden sich im präklinischen Stadium. Klinische Studien am Menschen, die Sicherheit und Wirksamkeit belegen, stehen noch aus.
Der internationale Patentschutz für den neu entwickelten Transducer signalisiert jedoch, dass das Forschungsteam die translationalen Möglichkeiten der Technologie ernst nimmt. Die Fähigkeit, akustische Signale viermal tiefer als konventionelle Geräte in Gewebe zu senden, ist eine technisch relevante Verbesserung.
Prof. Ostaševičius fasst die Bedeutung der Arbeit zusammen: Die Studie zeige, dass Ultraschall Bluteigenschaften mechanisch beeinflussen kann. Das eröffne Möglichkeiten für zukünftige nicht-invasive Therapien, die eines Tages bestehende medikamentöse und chirurgische Behandlungen ergänzen könnten.
Häufig gestellte Fragen (FAQs)
Was versteht man unter niederfrequentem Ultraschall im medizinischen Kontext? Niederfrequenter Ultraschall bezeichnet akustische Wellen im Ultraschallbereich mit relativ niedrigen Frequenzwerten. Im Gegensatz zu diagnostischem Ultraschall, der auf Bildgebung ausgerichtet ist, erzeugen niederfrequente Wellen laufende Schallfelder, die mechanische Kräfte auf Zellen ausüben können. Die genauen Frequenzbereiche der KTU-Studie sind in der veröffentlichten Originalarbeit spezifiziert.
Ist diese Technologie bereits für Patienten verfügbar? Nein. Die Forschung befindet sich im frühen experimentellen Stadium. Klinische Studien am Menschen sind noch nicht abgeschlossen. Eine therapeutische Anwendung außerhalb von Forschungsprotokollen ist derzeit nicht verfügbar.
Wie unterscheidet sich dieser Ansatz von bestehenden Ultraschalltherapien wie HIFU? HIFU (hochintensiver fokussierter Ultraschall) arbeitet mit hohen Energiedichten und wird eingesetzt, um Gewebe gezielt zu zerstören, etwa bei Prostatakrebs oder Uterusmyomen. Der KTU-Ansatz verfolgt ein grundlegend anderes Ziel: nicht die Gewebezerstörung, sondern die reversible mechanische Beeinflussung von Bluteigenschaften bei deutlich geringeren Intensitäten.
Welche Risiken könnte die Anwendung von niederfrequentem Ultraschall auf Blut haben? Da klinische Studien noch ausstehen, lassen sich Risiken derzeit nicht abschließend beurteilen. Grundsätzlich werden bei jeder neuen therapeutischen Modalität unerwünschte Wirkungen wie Gewebeschäden, Kavitationseffekte oder ungewollte Veränderungen der Blutgerinnung untersucht. Diese Fragen müssen in kontrollierten klinischen Studien geklärt werden.
Warum ist die Blut-Hirn-Schranke ein Problem bei der Alzheimer-Behandlung? Die Blut-Hirn-Schranke ist eine selektiv permeable physiologische Barriere, die das zentrale Nervensystem vor dem Eintritt potenziell schädlicher Substanzen schützt. Sie verhindert jedoch auch, dass viele therapeutisch wirksame Moleküle ins Gehirn gelangen. Dies gilt als einer der Hauptgründe, warum zahlreiche vielversprechende Alzheimer-Wirkstoffe in klinischen Studien scheiterten.
Worin besteht die technische Neuerung des von KTU entwickelten Transducers? Das KTU-Team entwickelte mithilfe digitaler Zwillinge einen Niederfrequenz-Transducer, der akustische Signale etwa viermal tiefer in biologisches Gewebe übertragen kann als konventionelle Geräte. Diese Eigenschaft ist für therapeutische Anwendungen an tiefer liegenden Gewebestrukturen von besonderer Bedeutung. Die Technologie ist durch ein internationales Patent geschützt.
Dieser Beitrag beschäftigt sich mit einem medizinischen Thema, einem Gesundheitsthema oder einem oder mehreren Krankheitsbildern. Dieser Artikel dient nicht der Selbst-Diagnose und ersetzt auch keine Diagnose durch einen Arzt oder Facharzt. Bitte lesen und beachten Sie hier auch den Hinweis zu Gesundheitsthemen!
Quellen
Ostasevicius, V., et al. (2026). Advances in Ultrasonic Rehabilitation. Sensors, 26(8), 2428. https://doi.org/10.3390/s26082428
Kaunas University of Technology (KTU). (2026, May 18). Beyond diagnostics: KTU researchers investigate how ultrasound improves blood flow. https://en.ktu.edu/news/beyond-diagnostics-ktu-researchers-investigate-how-ultrasound-improves-blood-flow/
News-Medical.net. (2026, May 18). Low-frequency ultrasound waves directly manipulate blood flow properties. https://www.news-medical.net/news/20260518/Low-frequency-ultrasound-waves-directly-manipulate-blood-flow-properties.aspx
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