Implantat vor dem Härtetest

In seinem letzten Förderjahr hat das Projekt «Smarte Implantate» noch einmal grosse Schritte gemacht. Das intelligente Implantat, das künftig den Heilungs­prozess nach einem Knochenbruch anregen soll, ist bereit für den Prüfstand und für erste Tier­versuche. Und die Saarländer Technik ist Teil eines neuen Grossprojekts mit EU-Förderung.

Von der Idee bis zum Implantat. Das war das Ziel, als das Projekt «Smarte Implantate» vor sieben Jahren seine Arbeit aufnahm. «Heute haben wir das erreicht», sagt Bergita Ganse, WSS-Stiftungs­professorin für innovative Implantat­entwicklung an der Universität des Saarlandes. Die Forschenden haben einen Demonstrator ihres Implantats gebaut, das dereinst einen gebrochenen Knochen nicht nur stabilisieren, sondern die Knochenheilung durch gezielte Mikrobewegungen aktiv stimulieren soll.

Und sie haben diesen Demonstrator in den letzten Monaten so weiter­ent­wickelt und verfeinert, dass momentan Versuche im Prüfstand laufen und erste Experimente am Tier vorbe­reitet werden. Im Prüfstand werde das Implantat mitsamt Knochen eingespannt und über Tausende Belastungs­zyklen getestet, erklärt Bergita Ganse. «So können wir allfällige Schwach­stellen des Implantats aufdecken – zum Beispiel, ob es auch nach längerer Belastung noch genau das misst, was wir wollen.»

Diese Tests laufen vor allem mit Schaf-Knochen. Denn die ersten Versuche am lebendigen Tier sind in Schafen geplant. Wann genau diese Studien starten können, ist noch nicht klar. «Tier­versuche haben wegen der aufwändigen Beantragung eine lange Vorlauf­zeit», sagt Ganse. «Aber es ist toll, dass wir so weit gekommen sind in dem Projekt.»

Deutliche Verbesserung erwartet

Und was kann das Implantat der Patientin oder dem Patienten bringen? Heute wird nach einem Schienbein­bruch eine Metall­platte auf den gebrochenen Knochen geschraubt, um ihn zu stabilisieren. Trotzdem wachsen die Knochen nicht immer gut zusammen, in bis zu jedem siebten Fall kommt es zu Kompli­kationen. Das neue, smarte Implantat liefert Informationen darüber, wie gut oder schlecht der Bruch verheilt und warnt vor Fehlbe­lastungen. Und falls die Heilung nicht optimal verläuft, reagiert es darauf.

Wirken beispiels­weise zu starke Kräfte auf die Fraktur, versteift sich das Implantat und schont damit den Knochen­bruch. Bewegt sich der Patient zu wenig, verformt es sich und wird flexibler, sodass der Knochen stärker belastet wird. Ein neuer Mechanis­mus kann sogar eine Massage der Bruch­stelle bewirken. Sie erwarte, dass sich die Knochenheilung dank dieser Mikro­bewegungen um ungefähr 20 Prozent beschleunigen lasse, sagt Bergita Ganse. «Aller­dings würden wir neben dieser Massage des Fraktur­spalts gerne weitere Möglich­keiten zur Stimulation der Knochen­heilung ausprobieren.»

In einer Literatur­übersichtsarbeit stellte Ganse nämlich fest, dass auch Methoden wie Ultraschall-, Stosswellen-, Stromfluss- oder Magnet­stimulation die Heilungs­zeit verkürzen könnten. Man wisse beispiels­weise, dass Magnet­felder die Zellteilung stimulieren. «Ich vermute, dass wir mit einer Kombination aus Mikro­massage und Magnet­feldstimulation die Heilung um ungefähr 35 Prozent beschleunigen könnten», sagt Ganse. Weil das Smarte-Implantate-Projekt Ende 2025 ausgelaufen ist, ist es allerdings nicht mehr möglich, solche Erweiterungen des Implantats im Rahmen der WSS-Förderung zu untersuchen.

Strahlungsfreie Messmethoden

Auch bei der Messung des Heilungs­vorgangs hat Ganses Team im vergan­genen Jahr eine wichtige Ent­deckung gemacht. Heute wird aus­schliess­lich mittels Röntgen- und CT-Aufnahmen überwacht, wie gut ein Knochen­bruch heilt. Diese Messungen setzen Patientinnen und Patienten einer Röntgen­strahlung aus und sollten deshalb nicht allzu häufig wiederholt werden.

In zwei Publikationen zeigten die Forschenden nun, dass sich die Fraktur­heilung auch mit handlichen, auf dem Markt erhältlichen Geräten überwachen lässt, die den Blutfluss oder die Sauerstoff­sättigung an der Bruchstelle messen. Künftig könnte die Ärztin – oder sogar der Patient selber – einmal am Tag ein solches Messgerät an der Bruchstelle auf die Haut halten. Oder man baut die Methode gar in ein smartes Implantat ein, wo es kontinuierlich Informationen zur Bruch­heilung liefert.

Möglich­keiten gibt es also viele. Das hat auch die Forschungs­förderung der EU entdeckt. Sie hat im Rahmen des Horizon-­Europe-­Programms über 20 Millionen Euro für das Projekt «SmILE» bewilligt, das diverse intelli­gente Ansätze gegen Krankheiten des Bewegungs­apparats wie Arthrose, Osteo­porose oder eben Frakturen erforscht. Teil davon sind zwei Projekt­partner von «Smarte Implantate», die Universität des Saarlandes und das Zentrum für Mechatronik und Auto­matisierungs­technik (Zema).

«Was in SmILE geplant ist, baut auf unserem WSS-Projekt auf», sagt Bergita Ganse. «Es geht darum, eine Chip-Plattform für smarte Implantate zu entwickeln – nicht nur für Frakturen, sondern auch für Hüft- oder Knie­prothesen.» Zudem seien Industrie­partner beteiligt, die ein konkretes Interesse daran hätten, solche Produkte auf den Markt zu bringen. Die Zeit, so scheint es, ist reif für solche intelligenten techno­logischen Ansätze in der Medizin.