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Implantate Cyborgs aus Stoff

Implantate aus Textilien nehmen in der Medizintechnik eine immer größere Rolle ein. Das Einsatzgebiet reicht von Wundverbänden bis hin zu Textil-Implantaten.

31.05.2016 14:28
Eckart Granitza
Der Stimulations-Handschuh tipstim verbessert in der Rehabilitation nach Hirnschädigungen den Tastsinn und die Beweglichkeit der Hand der betroffenen Patienten. Foto: Bosana Medizintechnik

Die Geschichte von Textilien in der Medizin reicht weit bis in die Zeiten der Pharaonen zurück. Wundabdeckungen aus Gewebe waren im alten Ägypten genauso gefragt wie chirurgische Fäden aus Leinen. Erst in den 50er-Jahren des vorigen Jahrhunderts begann die Wissenschaft dann die Tatsache zu nutzen, dass der Bauplan des Menschen schwerlich ohne Fasern auskommt: Muskeln, Bänder, Blutgefäße, Haut – alles Gewebe. In den 70ern vollzog sich die Entwicklung der textilen Stoffe für medizinische Zwecke dann sehr schnell. Den Anfang machte Heinrich Planck, inzwischen emeritierter Professor am Institut für Textil- und Verfahrenstechnik (ITV) in Denkendorf bei Stuttgart mit einer bahnbrechenden Diplomarbeit: Er entwickelte die erste textile Schlagader nach dem Vorbild der Natur und legte damit den Grundstein für die Implantation textiler Strukturen in den menschlichen Körper.

„Heute reicht das Einsatzgebiet technischer Textilien von Wundverbänden, die den Heilungsprozess von Verletzungen beschleunigen, über antimikrobielle OP-Textilien bis hin zu künstlichen Textil-Implantaten für Blutgefäße, Knochen, Knorpel, Haut und Fettgewebe“, sagt Klaus Jansen, Geschäftsführer des Forschungskuratoriums Textil, einem Netzwerk der deutschen Textilforschung. Und die Wissenschaftler forschen weiter: Im Hohenstein Institut für Textilinnovation im schwäbischen Bönnigheim wird derzeit eine künstliche Gebärmutter als intelligentes Textil-Produkt zur Stimulation von Frühchen entwickelt.

Die Technische Universität Dresden experimentiert zusammen mit der dortigen Universitätsklinik mit textilen Sensoren, die in Wunden eingebracht werden und von dort aus über den Heilungsverlauf an den Arzt berichten. In Aachen wird sogar an der Entwicklung einer textilen Herzklappe geforscht. „All diese Innovationen in der Medizintechnik sind ein wesentliches Kernelement der neuen Hightech-Strategie der Bundesregierung, die damit auch die textile Forschungen fördert“, freut sich Jansen.

„Wir sind alle textile Produkte“, sagt Stefan Jockenhövel mit Blick auf die Bedeutung der biologischen Faserstrukturen für die Stabilität des menschlichen Körpers. Der Professor von der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen verbindet in seinem Brückenlehrstuhl zwei Wissenschaften: Jockenhövel ist Textilforscher und Herzchirurg zugleich. Derzeit forscht sein Team an einer faserverstärkten Herzklappe. Das Besondere daran: Die Herzklappenprothese, eine synthetische Textilstruktur in Form einer Taschenklappe, wird mit körpereigenen Zellen des Patienten besiedelt. „Dabei verbinden wir die Vorteile der beiden Welten in denen ich arbeite“, sagt Jockenhövel. „Die neuesten Erkenntnisse aus Technik und Biologie. Das nennen wir biohybrid.“

Herzklappen arbeiten wie mechanische Ventile und bewirken durch ihr Öffnen und Schließen, dass das Blut nur in einer Richtung fließt. Wenn sie fehlen oder beschädigt sind, müssen sie ersetzt werden. Bisher gab es zwei Möglichkeiten: künstliche, mechanische Herzklappen oder biologische Herzklappen, die meistens von Schweinen stammen. Beide sind jedoch problematisch: Nach Implantation einer mechanischen Klappe muss der Patient lebenslang Blut verdünnende Mittel nehmen und sie kann zudem unangenehm laut sein. Herzklappen aus Tieren wiederum verschleißen vor allem bei jüngeren Patienten schnell oder sie verkalken. Häufig macht das den Ersatz der Prothese erforderlich – und damit eine neue Operation.

In Aachen benutzen die Wissenschaftler ein Textilgewebe, mit dem sie die Anordnung von Kollagen- und Elastinfasern nachbilden, so wie sie sich auch von Natur aus in einem menschlichen Klappensegel befinden. „Da bei Erwachsenen etwa 95 Prozent der Herzklappenfehler im Hochdrucksystems der linken Herzhälfte auftreten, ist es entscheidend, dass wir die Klappenprothesen mit Textilfasern verstärken“, weiß Jockenhövel. „Nur so ist die sogenannte Mitralklappe auch in der Lage, die hohen Drücke auszuhalten.“ Später wird das Fasergewebe mit einem Fibrinogen-Zell-Gemisch des Empfängerpatienten vergossen. Das Implantat wird dann in Bioreaktoren so lange „trainiert“, bis es optimal funktioniert und eingepflanzt werden kann.

Die Vorteile bei der Transplantation solcher faserverstärkter Herzklappenprothesen aus Eigenzellen sind vielfältig: keine Abstoßungsreaktionen, keine allergischen Reaktionen, ein geringeres Infektionsrisiko und keine Warteliste wie bei Organverpflanzungen. „Derzeit werden die Klappen im Tierversuch bei Schafen getestet und in vier bis fünf Jahren könnte eine solche Klappe auch erstmals im Menschen schlagen“, meint der Aachener Forscher.

Ein ganz anders Organ auf Basis von Textiltechnik wird derzeit von der Heilbronner Firma Xenios gemeinsam mit dem Hohenstein Institut für Textilinnovation entwickelt: eine tragbare künstliche Lunge. Sie wird für Patienten mit der unheilbaren Chronisch Obstruktiven Lungenkrankheit COPD – im Volksmund Raucherlunge genannt – konzipiert. Diese Patienten brauchen eine künstliche Lunge, die an ihren Blutkreislauf angeschlossen wird und den Gasaustausch bewerkstelligt, den die geschädigte Lunge nicht mehr leisten kann.

Auch die Sauerstoffversorgung der Patienten durch die Lunge beruht auf Textiltechnik: Ein Gelege von sogenannten PMP Matten – bestehend aus Polymethylpenten – ermöglicht den Gastaustausch im Blut. Dafür wird das Blut kontinuierlich durch die Textilmatten gepumpt, die das Kohlendioxid aus ihm entfernen und es mit Sauerstoff anreichern. Das aufbereitete Blut wird dann zum Patienten zurückgeführt und ersetzt so den Gasaustausch wie in einer richtigen Lunge. Erste klinische Einsätze sind ab 2017 geplant.

Erst kürzlich auf dem Markt und nach der europäischen Medizinproduktnorm zugelassen ist ein Stimulations-Handschuh mit dem Namen tipstim. Der Handschuh wird in der Rehabilitation nach Hirnschädigungen angewandt, die nach einem Schlaganfall, einem Schädel-Hirn-Trauma oder anderen neurologischen Erkrankungen auftreten. Er verbessert den Tastsinn und die Beweglichkeit der Hand der betroffenen Patienten. Auch hier sind Hightech Textilien im Spiel: „Der mit leitfähigen Garnen durchwobene Handschuh sendet spezielle elektrische Signale von einem dazugehörigen Impulsgeber in die Fingerspitzen des Patienten,“ erklärt Oliver Bona, Geschäftsführer der Herstellerfirma Bosana. Von dort aus werden die Signale automatisch in Gehirnbereiche weitergeleitet, die für die Bewegung der Hand zuständig sind. Die direkte Stimulation der Gehirnbereiche sorgt für eine Reaktivierung des geschädigten Areals. Das Ergebnis sind ein deutlich verbesserter Tastsinn sowie eine größere Beweglichkeit der betroffenen Hand.

Auch für diese Entwicklung legten Forschungsinstitute den Grundstein: Das Institut für Neuroinformatik der Ruhr-Uni in Bochum und das Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland in Greiz. Zehn Jahre hat die Entwicklung gebraucht bis sie endlich marktfähig wurde. Jetzt kann der Handschuh aufgrund der Schädigungsmuster bei jedem Dritten der jährlich 270 000 neuen Schlaganfallpatienten in Deutschland angewendet werden. Der Clou: Der Patient kann seine Übungen dadurch auch bequem zu Hause durchführen. Er braucht sich den Stimulations-Handschuh nur überzuziehen, mit dem Impulsgeber zu verbinden und das Gerät zu starten.

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