Lebenslange Implantate – Vision und Wirklichkeit

Täglich werden in Krankenhäusern und Zahnarztpraxen routinemäßig Implantate ein­gesetzt. Sie sind technisch ausgereift und unterstützen den Menschen in vielfältiger Weise. Die Eingriffe selbst sind für den einzelnen Patienten eine Belastung und nach wie vor mit Risiken behaftet. Die Forscher des Fraunhofer FEP und des Fraunhofer IWU haben ihre Kompetenzen gebündelt, um eine neue Generation von Implantaten weiter voran zu treiben. Erste Ergebnisse stellen die beiden Institute auf der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Biomedizinische Technik DGBMT, am 10. – 13. September 2017, in Dresden vor.

„Das Fraunhofer IWU forscht an so genannten Formgedächtnismaterialien, wie sie bei­spiels­weise bereits für Stents genutzt werden“, erklärt Christian Rotsch, Abteilungs­leiter Medizin­technik am Fraunhofer IWU. „Das sind Materialien, die zum Beispiel durch einen thermischen Stimulus eine „antrainierte“ Form annehmen können.“

Auch die Weiterentwicklung additiver Fertigungsverfahren, bekannt unter dem Begriff 3D-Druck, stellt in diesem Zusammenhang einen Forschungsschwerpunkt am Fraunhofer IWU dar, wodurch individuelle, patientenspezifische Lösungen realisiert werden können. Zu­gleich lassen sich durch dieses Verfahren auch hermetisch gekapselte, aktive Kom­po­nen­ten integrieren. Damit ist die berührungslose Ansteuerung des Implantates von außen – ohne medizinischen Eingriff am Patienten – möglich. Im Rahmen der Entwicklung dieser Komponenten und der notwendigen Integrationstechnologie arbeitet das Fraunhofer IWU eng mit Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS zusammen.

Jeder Mensch reagiert anders auf ein Implantat. Um ein besseres Einwachsen zu ermöglichen und Komplikationen zu minimieren, können deren Oberflächeneigenschaften optimiert werden. Implantate müssen robust und biokompatibel sein, um ihren Dienst möglichst lange ausführen zu können und vom Körper nicht abgestoßen zu werden. Hier kommen die Kompetenzen des Fraunhofer FEP im Gebiet der Oberflächenveredelung zur Anwendung. Durch geeignete Beschichtungen und Modifizierungen kann auf vielen Substratmaterialien eine stabile Barrierewirkung erzielt werden, um beispielsweise den Austritt von Ionen oder anderen zytotoxischen Bestandteilen zu unterbinden.

„Nickelhaltige Implantate werden so beschichtet und modifiziert, dass beim Patienten keine Allergie ausgelöst werden kann und zudem das Zellwachstum auf der Oberfläche gezielt gesteuert wird“, erläutert Gaby Gotzmann, Projektleiterin in der Gruppe Medizinische Applikationen am Fraunhofer FEP. „Die Biofunktionalisierung durch die Nutzung der niederenergetischen Elektronenstrahltechnologie erweist sich dabei als besonders vorteilhaft gegenüber bisherigen Verfahren, da hier zeitlich stabile Effekte erzielt werden können. Darüber hinaus eignet sich diese Technologie auch zur Sterilisation medizin­technischer Oberflächen und Bauteile, wodurch auch Implantate mit integrierten Elekt­ronik­komponenten und sensiblen Materialbestandteilen sicher sterilisiert werden können.“

Da die beschriebenen Technologien anwendungs- und substratspezifisch sind, müssen alle Prozesse an neue Fragestellungen individuell angepasst werden. Das Fraunhofer FEP und das Fraunhofer IWU bieten die Entwicklung von anwendungsspezifischen Beschichtungs- und Oberflächenmodifizierungs-Technologien vom Labormaßstab (Proof-of-Concept) bis zur kompletten Systemlösung, inklusive Hardwareentwicklung für industrielle und wissen­schaftliche Partner an.

Das Fraunhofer IWU und das Fraunhofer FEP sind Partner im Fraunhofer Leitprojekt „Theranostische Implantate – Zulassungsrelevante Entwicklung von Schlüsseltechnologien für die Medizin“. In der kommenden Woche präsentieren Vertreter beider Institute an den Messeständen 14 und 15 sowie in Vorträgen, Posterausstellungen und Netzwerksitzungen die vielfältigen Möglichkeiten, Implantate mit modernsten Methoden der Material- und Oberflächentechnologie für Patient und Anwendung maßzuschneidern.

FEP / LK