Forschungs- und Entwicklungsnetzwerk mit erster Bilanz
Das im März 2013 gegründete Kooperationsnetzwerk Netzwerk Kunstgelenk, das sich schwerpunktmäßig mit der Entwicklung von künstlichen Gelenken der nächsten Generation beschäftigt, hat auf einem Symposium in Leipzig einen ersten Überblick über seine Arbeiten gegeben. Mehr als 110 Teilnehmer nahmen an der Veranstaltung teil. Inhaltlich standen sowohl erste Ergebnisse der Zusammenarbeit als auch Ziele und Visionen der Kooperation auf dem Programm. Im Netzwerk haben sich deutschlandweit erstmals Krankenhäuser, produzierende Unternehmen aus der Medizintechnik, Forschungseinrichtungen sowie Prüflabore zusammengeschlossen, um gemeinsam an Lösungen für konkrete Probleme im Klinikalltag zu arbeiten. Das Netzwerk wird vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU und der orthopädischen Klinik der Universität Leipzig koordiniert.
Die Bilanz der Forschungs- und Entwicklungszusammenarbeit ist positiv: So konnten im zurückliegenden Jahr Forschungsprojekte in Höhe von 4,5 Millionen Euro mit vielen sächsischen Projektpartnern gestartet werden. Das Symposium mit den Schwerpunkten Hüft- und Knie-Endoprothetik informierte über aktuelle Herausforderungen und wissenschaftlich-technische Lösungen. In den Referaten wurden anatomische, historische, experimentelle, klinische und technologische Aspekte erläutert. Neben dem gegenwärtigen Entwicklungsstand wurden offene Fragen, Ansätze zu deren Lösung und Perspektiven angesprochen.
Ein konkretes Praxisbeispiel, das im Verlauf der Veranstaltung präsentiert wurde, ist die Bedeutung der gelenkkapselerhaltenden Operation. In Deutschland werden im Jahr über 214 000 Hüftimplantate eingesetzt – insgesamt eine der häufigsten Operationen überhaupt. Da die Gelenkkapsel bei diesem Eingriff häufig beschädigt wird, kommt es im Durchschnitt bei etwa 4000 betroffenen Patienten pro Jahr zu Ausrenkungen. Auf der Grundlage dieses klinischen Problems wurden in enger Zusammenarbeit mit Chirurgen der Universitätsklinik Leipzig am Fraunhofer-IWU und der Westsächsischen Hochschule Zwickau modulare Hüftimplantate entwickelt, die eine künstliche Gelenkkapsel enthalten und während der Operation auf die Beinlänge des Patienten angepasst werden können. Dies soll die unerwünschten Ausrenkungen deutlich reduzieren.
Ein weiteres Forschungsprojekt setzt sich mit der Lebensdauer von Implantaten auseinander. Diese sind im Körper einer starken Belastung ausgesetzt und müssen im Durchschnitt bereits nach 15 Jahren ersetzt werden. Am Fraunhofer-IWU werden Verschleißanalysen durchgeführt, um zukünftige Implantate an besonders beanspruchten Stellen so zu verbessern, dass die Lebensdauer deutlich gesteigert werden kann. So wurden dazu beispielsweise intelligente Materialien in einen Hüftschaft integriert. Diese sogenannten Formgedächtnislegierungen passen sich selbstständig an den Verschleiß im Knochen an. In einem nächsten Schritt wird gerade eine Messtechnik entwickelt, die es dem Mediziner ermöglicht, Anpassungen über eine Sensorik und ohne einen operativen Eingriff vorzunehmen.
Implantate sind aus der modernen Medizin nicht mehr wegzudenken. In Deutschland werden jährlich etwa 210 000 Hüftprothesen implantiert. Obwohl diese Eingriffe zu den häufigsten Operationen gehören, sind Implantatverschleiß und die Rekonstruktion der natürlichen Biomechanik immer noch große Herausforderungen. Bei etwa jedem zwanzigsten Patienten treten die genannten schmerzhaften Ausrenkungen und Lockerungen des Implantats auf. Zudem entwickelt sich die Arthrose von Gelenken mehr und mehr zu einer Volkserkrankung. Aufgrund der sich stetig ändernden Altersstruktur in den Industrieländern nimmt die Gelenkendoprothetik daher einen immer höheren Stellenwert ein. Als Endoprothese werden Implantate bezeichnet, die dauerhaft im Körper bleiben und das geschädigte Körperteil ganz oder teilweise ersetzen. Am bekanntesten sind wohl die künstlichen Hüftgelenke. Um Lösungsvorschläge für diese Herausforderungen zu erarbeiten, haben sich im Kooperationsverbund Kunstgelenk – Netzwerk Endoprothetik deutschlandweit erstmalig neun Industriepartner und fünf Forschungseinrichtungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette – von der klinischen Anforderung über Entwicklung, Fertigung, Zulassung bis hin zum Vertrieb – zusammengeschlossen.
Das Kooperationsnetzwerk wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert sowie vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU koordiniert. Zu den beteiligten Unternehmen gehören die Aesculap AG, AQ Implants GmbH, CADFEM GmbH, EC Europ Coating GmbH, Endocon GmbH, IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH, Julius Boos jr. GmbH & Co. KG, MSB-Orthopädietechnik GmbH Leipzig sowie die NRU GmbH.
Neben dem Fraunhofer IWU sind folgende Forschungseinrichtungen Teil des Netzwerks: Forschungs- und Transferzentrum e. V. an der Westsächsischen Hochschule Zwickau, Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland e. V., Orthopädische Klinik und Poliklinik der Universität Leipzig, Arbeitsgruppe Optische Technologien der Westsächsischen Hochschule Zwickau, Institut für Maschinenelemente und Maschinenkonstruktion der Technischen Universität Dresden.
Text zum Titelbild: Durch elektrodynamischen Shaker angeregtes Hüftbein zur Modalanalyse für die biomechanische Charakterisierung
