Fraunhofer-Leitprojekt »Theranostische Implantate«

Zulassungsrelevante Entwicklung von Schlüsseltechnologien für die Medizin

Im Fraunhofer-Leitprojekt »Theranostische Implantate« haben sich zwölf Fraunhofer-Institute unter Federführung des Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik IBMT zusammengeschlossen, um intelligente Implantate zu entwickeln. Bislang gibt es vor allem rein passive Implantate, zu denen zum Beispiel Knochenplatten zählen. Intelligente »Theranostische Implantate« gewinnen zunehmend an Bedeutung, denn diese vereinen Diagnostik und Therapie in einem medizintechnischen Produkt.

Theranostische Implantate sind komplexe, multifunktionale implantierbare Medizinprodukte, die in einem medizintechnischen System Diagnostik und Therapie vereinen. Die Erfassung spezifischer Vitalparameter bildet die diagnostische Grundlage für die jeweils eingeleitete therapeutische Maßnahme, deren Wirksamkeit in einem geschlossenen Regelkreis optimiert wird.

Aufgrund ihrer vielfältigen Applikationsmöglichkeiten, den ständig steigenden Anforderungen an die Qualität einer hochspezialisierten medizinischen Betreuung und der demografischen Entwicklung nimmt ihre Bedeutung derzeit außerordentlich zu. Damit haben die Theranostischen Implantate eine gesamtgesellschaftliche Relevanz erlangt, die im Kontext zukünftiger technologischer Möglichkeiten zu einem Innovationssprung in der Medizintechnik führen wird.

Derartige Sprunginnovationen resultieren aus dem Zusammenspiel mehrerer Technologien auf hohem Niveau, zu denen einzelne Fraunhofer-Institute schon heute maßgebliche Beiträge leisten. Durch die Bündelung dieser Aktivitäten kann die Fraunhofer-Gesellschaft eine führende Position in den für Theranostische Implantate wichtigen Schlüsseltechnologien einnehmen. Dies ist das Ziel des Leitprojektes, da kaum eine andere Einrichtung aus Forschung oder Industrie über vergleichbare Technologieplattformen verfügt (Halbleiter, Optik, Med-Tech ...).

 

Demonstratoren als theranostische Plattformen

Durch Bündelung der technologischen Möglichkeiten lassen sich theranostische Plattformen entwickeln, auf deren Grundlage beispielhaft drei Demonstratoren mit hoher Relevanz für den Markt aufgebaut und getestet werden sollen. Mit einem skelettalen, einem kardiovaskulären und einem neuromuskulären Demonstrator wird dabei fast der gesamte Bereich derzeit relevanter Theranostischer Implantate abgedeckt.

Skeletaler Demonstrator: Smarte Hüftgelenksprothese

Die »Smarte Hüftgelenksprothese« (skelettaler Demonstrator) erfasst eine mögliche Lockerung von Hüftprothesen und wirkt dieser sowohl durch geeignete Aktuatoren als auch durch eine gezielt Anregung des Konchenwachstums entgegen.

Kardiovaskulärer Demonstrator: Sensorimplantat zur Kontrolle des Blutkreislaufes

Durch multimodale invasive Erfassung physiologischer Parameter werden subklinische Veränderungen der Hämodynamik erfasst, so dass mit einem »Controlling« der Hämodynamik (kardiovaskulärer Demonstrator) vor dem Auftreten relevanter Symptome therapeutische Maßnahmen eingeleitet werden können.

Neuro-muskulärer Demonstrator: Myoelektrische Handprothesensteuerung

Invasiv mehrkanalig abgeleitete Muskelsignale ermöglichen eine »Myoelektrische Handprothesensteuerung« (neuromuskulärer Demonstrator) mit mindestens sechs Freiheitsgraden, wobei die nervale Stimulation dem Betroffenen ein sensorisches Feedback über die Griffkraft geben soll.

Die Anforderungen der drei Demonstratoren stellen die treibende Kraft für die Technologieentwicklung der Institute dar. Es wurden die Arbeitspakete für die Entwicklung und Fertigung nebeneinander gestellt und die dafür erforderlichen Technologien beschrieben. Mit den Teilprojektleitern für die Demonstratoren (vertikal) und den Technologiekoordinatoren (horizontal) wird das Leitprojekt durch eine Matrixstruktur organisiert. Dieser intensive Austausch legt die Basis, um als vernetztes Fraunhofer-Team eine Technologieführerschaft auf dem Gebiet der Theranostischen Implantate zu erreichen.

Die so geschaffene Technologieplattform schafft die Voraussetzungen, um zukünftig schnell und modular medizintechnische Komponenten, Systeme und Implantate zu entwickeln und zu fertigen. Dieser konkurrenzlose Fraunhofer-spezifische Ansatz eines Leitprojekts schöpft das Synergiepotenzial durch die Zusammenführung und Verzahnung der Kompetenzen mehrerer Institute zur gemeinsamen Lösung aktueller Herausforderungen der medizintechnischen Industrie auf dem Gebiet der Theranostischen Implantate voll aus.

Laufzeit: Juni 2014 – Mai 2018

Unser Beitrag: Zellverträgliche Beschichtungen

Auch das Fraunhofer IGB ist mit zwei Abteilungen am Leitprojekt Theranostische Implantate beteiligt. Die Abteilung Grenzflächentechnologie und Materialwissenschaft entwickelt Barriereschichten zur Verkapselung der elektronischen Komponenten und spezielle Tinten für den 3D-Druck, die eine biokompatible Oberflächenfunktionalisierung von Implantaten ermöglichen.

Die Kollegen der Abteilung Zell- und Tissue Engineering bewerten die Beschichtungen hinsichtlich ihrer Zellverträglichkeit und forschen darüber hinaus zu den osteoinduktiven und -konduktiven Eigenschaften der Hüftprothesen.