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2-2017

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Fachzeitschrift für Medizintechnik-Produktion, Entwicklung, Distribution und Qualitätsmanagement

Aktuelles Implantierte

Aktuelles Implantierte Intelligenz: Wie gut ist klug? Infokasten Das Implantat detektiert den Sauerstoffgehalt im Gewebe in der Umgebung eines Tumors, wodurch auf die Wachstumsaktivität des Tumors geschlossen werden kann. Wächst der Tumor, so kann aus dem Wirkstofftank im Inneren des Implantats ein Chemotherapeutikum direkt in den Tumor abgegeben werden. Oder es wird reiner Sauer stoff erzeugt und ins umgebende Gewebe abgegeben und dadurch das Tumorwachstum gehemmt. Wird das System ohne O 2 -Erzeugungseinheit eingesetzt, reduziert sich die Größe des Implantats auf ein Viertel, es ist dann ungefähr halb so groß wie ein Zuckerwürfel. Bild 1: Prototyp eines Intelligenten Implantats zur Tumortherapie Nach dem Menschen werden nun auch die Maschinen intelligent: Handys, Autos, Roboter – und Implantate. Aber was heißt das eigentlich - „Intelligente“ Implantate? Wie weit sind Forschung und Entwicklung wirklich? Und was sind Herausforderungen bei der Entwicklung Intelligenter Implantate? Woran erkennt man eine Zukunftstechnik? Daran, dass viele verschiedene Begriffe verwendet werden, die letztlich doch alle dasselbe meinen. So ähnlich ist es auch bei den sogenannten Intelligenten Implantaten. In der Fachsprache ist meist von Closed-Loop- Implantaten die Rede, seltener auch von aktiven implantierbaren Produkten – wobei unter letzteres durchaus auch andere Produkte fallen. Auch wenn die Begriffe sich mitunter unterscheiden, meinen sie doch alle das Gleiche: Es geht um Implantate, die Aktorik, Sensorik und Signalverarbeitung in sich vereinen. Und auch wenn es der Begriff anders vermuten lässt, sind sie kein besonders neues Gebiet der Medizintechnik. Der klassische Herzschrittmacher ist so etwas wie der Urvater aller Intelligenten Implantate. Neue Herstellungsverfahren, moderne Verbundmaterialien und vor allem die Digitalisierung befeuern den Bereich in den letzten Jahren aber zunehmend. So sind mittlerweile eine ganze Reihe Intelligenter Implantate im Einsatz – oder kurz davor. Viele Experten zählen neben dem Herzschrittmacher auch Cochlea- Implantate dazu. Bei der Frage, wo bald Closed-Loop-Systeme Über Forum MedTech Pharma: Forum MedTech Pharma e.V., größtes Netzwerk der Gesundheitsbranche in Deutschland und Europa, ist ideeller Träger der MT-CONNECT und des MedTech Summit Bild 2: Intelligentes Implantat im geöffneten Zustand. Die faltbare Elektronik inklusive Sendeeinheit, um Daten nach außerhalb des Körpers zu senden, ist gut zu erkennen 8 meditronic-journal 2/2017

Aktuelles Probleme fangen im Körper erst an Bild 3: Entwurf eines Implantats in Zuckerwürfel-Größe mit faltbarer Elektronik, Sensorchip an der Außenhaut und integrierter Medikamentenpumpe meditronic-journal 2/2017 eingesetzt werden, gibt es praktisch kein Körperteil, das keines bekommen könnte: Blasen-, Epilepsie- oder Tiefenhirnstimulatoren und Retina-Implantate; Dosiersysteme, künstliche Bauchspeicheldrüsen oder Schließmuskel – die Liste wird länger, je mehr Wissenschaftler und Ärzte man fragt. Thomas Stieglitz ist einer von ihnen. Er forscht im Bereich Biomedizinische Mikrotechnik am Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Uni Freiburg. Basierend auf seinen Arbeiten hat sich erst im letzten Jahr ein Start-up aus der Uni ausgegründet, das Neurostimulatoren entwickeln will, unter anderem zur Blutdrucksenkung. Für Stieglitz gibt es bei Intelligenten Implantaten zwar noch einige technische Herausforderungen, ebenso aber auch biologische. „Einfach gesagt weiß man an einigen Stellen nicht genau, wonach man suchen muss, wie Signale im Körper aussehen, die beispielsweise Bluthochdruck verursachen.“ Hinzu komme, dass es zwischen den Patienten eine hohe Variabilität gebe. „Gerade bei Implantaten gilt eben nicht‚ one size fits them all‘.“ Bild 4 + 5: Konzept eines Closed-Loop-Systems für die Tumortherapie (mit Implantat) Allerdings treibt die meisten Wissenschaftler und Entwickler dann doch eher die Technologie dahinter um. Die Herausforderung hier ist aber weniger, neue Innovationen zu finden, sondern bestehende Systeme und Techniken zusammenzuführen, erklärt Thomas Velten, Leiter der Abteilung Biomedizinische Mikrosysteme am Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT). „Die technische Seite ist recht einfach. Ein Ingenieur kann ein System bauen, das funktioniert. Dann muss das Gerät aber in den Körper implantiert werden und auch dort jahrelang seinen Dienst tun.“ Ähnlich sieht es Simon Herrlich, der bei der Hahn-Schickard- Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. vor allem in den Bereichen, Mikrosystemtechnik, Sensorentwicklung und Mikroelektronik arbeitet: „Bei der Entwicklung von Intelligenten Implantaten müssen die Komponenten besonders robust funktionieren, denn das wird durch die Verbindung von Aktorik, Sensorik und Datenverarbeitung in einem Gerät noch komplex genug.“ Besonders die Sensorik bereite Kopfzerbrechen. Diese müsse die gleiche Lebensdauer wie das Implantat selbst haben, so Stieglitz. Martin Richter, der an der Fraunhofer-Einrichtung für Mikrosysteme und Festkörper-Technologien (EMFT) als Abteilungsleiter an Mikrodosiersystemen forscht, sieht die hermetische Versiegelung als Dauer thema. Er war maßgeblich an der Entwicklung einer extrem kleinen Mikropumpe beteiligt. Sie misst gerade einmal 5 mal 5 Millimeter in der Fläche (und 0,6 Millimeter in der Höhe) und eröffnet so eine Vielzahl von Anwendungen, bei denen kleinste Mengen an Flüssigkeiten oder Gasen präzise gefördert werden müssen. „Gerade bei diesen Mikropumpen müssen zwei Seiten eines Chips klar hermetisch dicht getrennt wer- 9

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