Mikrosystemtechnik heilt komplizierte Knochenbrüche
Die Uni Bremen will mittels Mikrosystemtechnik einen "intelligenten Marknagel" mit drahtloser Energie- und Datenübertragung entwickeln.
Patienten mit Knochenbrüchen werden in der Unfallchirurgie meist stationär behandelt, denn oft reicht ein einfacher Gipsverband nicht aus. Chirurgische Eingriffe sind dann nötig, um die Bruchstelle zu versorgen. Metallplatten, Drähte und Schrauben halten die Knochenteile so zusammen, dass der Bruch gut ausheilen kann. Bei komplizierten Brüchen etwa des Oberschenkels kann es dabei aber vorkommen, dass sich der abgeheilte Knochen während des Heilungsprozesses verkürzt. Diese bleibende Behinderung soll künftig besser vermieden werden können.
Das Igersheimer Unternehmen Wittenstein AG hat deshalb einen "intelligenten Marknagel" entwickelt, der im Operationssaal in den gebrochenen Knochen implantiert wird. Das Prinzip ist ziemlich einfach. Der Marknagel besteht aus zwei Teilen, die nach der OP wie ein Teleskop langsam auseinander geschoben werden. Im entstehenden Raum zwischen den beiden Knochenenden bildet sich neues Knochenmark. Der Marknagel verfügt hier über ein eigenes Antriebssystem, das über elektromagnetische Impulse gesteuert und mit Energie versorgt wird. Pro Tag verlängert sich der Marknagel um einen Millimeter, bis der verletzte Knochen seine ursprüngliche Länge wieder erreicht. Fünf Zentimeter sind das technisch mögliche Maximum. Ein Jahr nach der Operation wird der Marknagel aus dem Knochenmark wieder entfernt.
Das derzeit in der klinischen Erprobung befindliche Modell hat jedoch einige technische Nachteile. Die Elektronik befindet sich aus Platzgründen in einer pfenniggroßen Verkapselung außerhalb des Marknagels, der bis jetzt auch keinerlei Sensoren aufweist, die dem Arzt wertvolle Daten über den Heilungsverlauf liefern würden. Das soll sich bald ändern. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert mit 400.000 Euro das Verbundprojekt MODSYS zur Mikrosystemtechnik. Ein Team aus dem Institut für theoretische Elektrotechnik und Mikroelektronik (ITEM) an der Universität Bremen verwendet jetzt einen Teil der Fördermittel zur Entwicklung einer technisch verbesserten Version des intelligenten Marknagels.
"Es geht bei der Entwicklung der Elektronik und der Mikrosystemtechnik im Wesentlichen um die Energieübertragung zum Marknagel", beschreibt Professor Rainer Laur vom ITEM das technische Problem. Zusätzlich sind auch noch Fragen der Datenübertragung zu klären. Beides soll drahtlos geschehen. Die Energiemengen sind vergleichsweise hoch: Eine Versorgungsspannung von neun Volt bei einer Stromaufnahme von 200 Milliampere sind für die Aktorik und die Elektronik notwendig. Induktionsspulen sollen diese Energie übertragen, ohne das Gewebe des Patienten zu erhitzen. Bei genügend niederfrequenten Signalen ist das technisch machbar.
Höherfrequente Signale kleinerer Leistung dienen der Steuerung und der Übermittlung von Sensordaten. Drei Sensoren messen die auf den Marknagel einwirkenden Kräfte -- Daten, die Komplikationen beim Heilungsverlauf frühzeitig erkennen lassen. Eine besondere Herausforderung ist der spärlich bemessene Bauraum innerhalb des Marknagels, der nach dem Willen seiner Entwickler die Mikroelektronik und die Mikromechanik gemeinsam aufnehmen soll. Die integrierten Schaltungen für die Elektronik werden von den Ingenieuren zurzeit entwickelt und sollen später als gehäuseloses Die im Marknagel ihren Dienst verrichten. Eine vollständige Entscheidung über Verbindungstechnik und Aufbau des Systems habe man aber noch nicht getroffen, betont Professor Rainer Laur zurückhaltend.
Für seine Zurückhaltung hat Professor Laur einen besonderen Grund. Das BMBF-Projekt würde erst seit neun Monaten laufen und könne frühestens in zweieinhalb Jahren zu einem vorzeigbaren Prototypen führen. Seine Presseabteilung sei wieder einmal zu schnell mit den Informationen für die Öffentlichkeit gewesen. Richtig begeistert ist der Bremer Mikrosystemtechniker also nicht, wenn er an den Journalistenansturm der letzten Tage denkt. "Das mache ich nicht noch einmal", ärgert er sich über den Zeitverlust, der ihn als Elektronikentwickler nur aufgehalten hätte. Dabei hat es seine Presseabteilung doch nur gut mit ihm gemeint: "Wenn wir Forschungsgelder einwerben, ist es uns schon erstmal eine Meldung wert", kontert Angelika Rockel von der Uni-Pressestelle den genervten Professor, der es aber immerhin einsieht, dass eine dramatische Verbesserung der Patientenversorgung in der Unfallchirurgie eine Menge Menschen interessieren dürfte. (Holger Bruns) / (jk)
