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Robotische Implantate

Universität des Saarlandes

Eine neue Generation intelligenter Implantate soll direkt am Knochen überwachen, ob Schienbeinbrüche heilen. Bei Bedarf sollen sie den Heilungsprozess über gezielte Bewegung direkt an der Bruchstelle aktiv anregen. Hieran forscht an der Universität des Saarlandes ein Team aus Medizinern, Ingenieuren und Informatikern. Interdisziplinär wird ein für jeden Patienten individuell auf den Knochen maßgeschneidertes Implantat entwickelt, das ab der Operation direkt vor Ort im Körper Informationen liefert, wie gut oder schlecht ein Bruch verheilt sowie bei Fehlbelastungen warnen kann. Bei Bedarf soll das Implantat selbst die Knochenheilung aktiv fördern. Ein Prototyp des smarten Implantats soll 2025 vorliegen.

Eine der grundlegenden Neuentwicklungen ist der Einsatz von Formgedächtnisdrähten. Sie sind in das Implantat eingebaut und sollen mithilfe elektrischer Signale zum einen als Sensor den Heilungsprozess sichtbar machen, zum anderen die Heilung durch Bewegung stimulieren. Die Formgedächtnisdrähte nehmen ihre ursprüngliche Form wieder an, wenn sie verformt oder gezogen werden, und können ähnlich wie Muskeln an- und wieder entspannen. Auf kleinem Raum erreichen sie hohe Zugkraft; sie haben die höchste Energiedichte aller bekannten Antriebsmechanismen. Betrieben werden sie mit elektrischem Strom. Jeder Länge der Drähte lässt sich ein exakter Messwert des elektrischen Widerstands zuordnen. Sind die Drähte im Implantat eingebaut, lassen sich selbst kleinste Veränderungen im Frakturspalt in den Messwerten ablesen. Das macht diese künstlichen Muskeln zu Sensoren im Implantat. Zugleich entspricht eine Abfolge solcher Messwerte einem Bewegungsablauf. Mithilfe der Zahlenkolonnen und intelligenten Algorithmen lassen sich Bewegungsabläufe vorausberechnen, programmieren und die Drähte entsprechend automatisiert ansteuern. So könnte das Implantat sich ohne Weiteres direkt am Frakturspalt bewegen und die Heilung durch aktives Verkürzen und Verlängern, durch Aussenden von Impulsen, Wellen oder elektromagnetischen Feldern stimulieren. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Acta Biomaterialia (https://doi.org/10.1016/j.actbio.2022.05.001) veröffentlicht.

Publication History

Article published online:
27 October 2022