Innovationen in der Medizinaltechnik

Unsere Gesellschaft wird immer älter. Durch die höhere Lebenserwartung steigt aber auch das Risiko, dass bestimmte Körperfunktionen nachlassen. «Die Natur hat nicht vorgesehen, dass wir so lange leben.» Mit diesen Worten eröffnete Alex Dommann, Direktionsmitglied der Empa und Leiter des Departments «Materials meet Life», den diesjährigen MedTech Day.

Dank modernster Medizinaltechnik lassen sich inzwischen viele Körperfunktionen, die mit fortschreitendem Alter ihren Dienst aufgeben, durch implantierte Materialien unterstützen oder gar wiederherstellen.

Am MedTech Day liessen sich Interessierte aus Forschung und Industrie auf den neusten Stand bringen, etwa im Bereich funktionale Textilien wie Wundverbände und spezielle Pflaster, die auf Lichtimpuls dosiert Medikamente abgeben können, oder neuartige Implantatbeschichtungen.

Empa-Forscher Jakob Kübler aus der Abteilung «Hochleistungskeramik» entwickelt mit seinem Team Teile für Herzschrittmacher. Herzinfarkte sind weltweit die häufigste Herzerkrankung; rund 30% der Patientinnen und Patienten benötigen nach dem Infarkt einen Herzschrittmacher. Das Gerät wird via Elektrode im Herzmuskel verankert.

Diese Verankerung besteht heutzutage aus Kunststoff. Bei herkömmlichen Herzschrittmachern bildet sich um dieses Material häufig eine so genannte Fibrose – eine narbenartige Vermehrung des Bindegewebes. Dadurch verbraucht der Schrittmacher mehr Energie, um Impulse an den Herzmuskel abzugeben, die Batterien müssen häufiger ersetzt werden.

Durch Oberflächenbeschichtung Implantate verbessern

Keramik ist auch in anderen Bereichen der Medizinaltechnik ein bewährtes Material, etwa bei Implantaten. Auch hier spielt die Oberfläche und vor allem deren Beschichtung eine wichtige Rolle. Implantate – ob Hüftgelenke, Zahnimplantate oder Bandscheiben – haben unterschiedliche Funktionen.

Je nach Einsatzort soll der Knochen am eingesetzten Material anwachsen und das Material dadurch fest verankern. So beispielsweise bei einem Bandscheiben-Implantat. Kerstin Thorwarth aus der Abteilung «Nanoscale Materials Science» hat mit ihrem Team eine Beschichtung für einen speziellen Bandscheibenersatz – so genannte Cages – entwickelt.

Diese bestehen entweder aus einem thermoplastischen Kunststoff (Polyetheretherketon, kurz PEEK) oder aus Titan. Beide Materialien haben ihre Vorteile. PEEK ist mechanisch gut verträglich, wohingegen bei Titan der Knochen besser anwächst. Thorwarths Team ist es nun gelungen, das Beste aus beiden Welten miteinander zu kombinieren, sprich: PEEK-Cages mit Titan zu beschichten.

Eine ähnliche Oberflächenbeschichtung benötigen auch Hüftgelenke. Der Knochen soll am verankerten Implantatteil anwachsen, damit dieses stabil im Körper bleibt. Das eigentliche Gelenk soll hingegen beweglich bleiben, ideale Gleiteigenschaften aufweisen und verhindern, dass der Knochen in diesen Teil des Implantats einwächst. Ein solches Material ist beispielsweise DLC («diamond-like carbon»), an dem auch an der Empa geforscht wird – hauptsächlich im Bereich Bandscheibenimplantate.

Die Verträglichkeit im Körper

Die Grundvoraussetzung für fremde (therapeutische) Materialien im menschlichen Körper ist indes deren gute Verträglichkeit oder Biokompatibilität. Katharina Maniura, Leiterin der Abteilung «Biointerfaces», untersucht beispielsweise, wie Zellen und Gewebe auf verschiedene neuartige Implantatmaterialien reagieren. Dabei sei es wichtig, jedes Implantatmaterial für eine neue Anwendung spezifisch zu untersuchen. Je nach Einsatzort reagiert der Körper nämlich ganz anders.

Denn: «Die Zellzusammensetzung eines jeden Gewebes ist unterschiedlich», erklärt die Wissenschaftlerin. Ihr Team untersucht, wie verschiedene Zelltypen auf eine Materialeigenschaft reagieren, um so geeignete Materialien für die Integration in verschiedene Gewebe zu entwickeln. Ausserdem sollen Komplikationen nach der Implantation – beispielsweise Entzündungen – vermieden werden.

Ein weiteres Thema sind Untersuchungen von Biofilmen auf Materialien. Die Empa-Forscherin Qun Ren beschäftigt sich mit Bakterien, die sich sowohl an Implantaten als auch an medizinischen Geräten ansiedeln. Ihr Team hat ein Mittel entwickelt, um medizinische Geräte wie Endoskope komplett von Bakterien zu befreien, damit diese für die nächste Patientin oder den nächsten Patienten risikolos wieder verwendet werden können.

Im Anschluss an die Referate konnten Vertreterinnen und Vertreter der MedTech-Branche bei einem Speed-Dating mit den Empa-Wissenschaftlern über Materialentwicklung, Oberflächenbehandlung und Materialcharakterisierung in der Medizinaltechnik unterhalten und Fragen diskutieren. Eine optimale Gelegenheit, um die Brücke von der Forschung in die Praxis zu schlagen und den Industriepartnern neuste Erkenntnisse und Technologien näher zu bringen.

Weitere Informationen
Dr. Katharina Maniura, Biointerfaces, Tel. +41 58 765 74 47, katharina.maniura@empa.ch
Redaktion / Medienkontakt
Cornelia Zogg, Kommunikation, Tel. +41 58 765 45 99, redaktion@empa.ch

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