Menschliche Ersatzteile aus Titan

Herzklappen aus Zellen des Patienten zu züchten, wäre ein großer Fortschritt. Bis es so weit ist, müssen andere Methoden und Materialien herhalten: körpereigenes Gewebe, umgeformte Herzklappen von menschlichen Spendern oder Schweinen. Künstliche aus Metallen und Polymeren besitzen den Vorteil, länger zu halten als natürliche. Leider verstärken sie die Blutgerinnung, neigen zu Korrosion und werden leichter von möglicherweise gefährlichen Bakterien besiedelt.

Gleiches gilt für den Ring, der mit dem Herz vernäht ist und der die Klappe trägt und lagert. Diese Teile besitzen einen Durchmesser von rund zwei Zentimetern und werden derzeit vorwiegend aus pyrolytischem Kohlenstoff gefertigt. Dieses leichte, graphitähnliche Material wird durch thermische Zersetzung kohlenstoffhaltiger Verbindungen erzeugt und ist gut mit Blut und Gewebe verträglich. Es ist jedoch nicht sehr stabil und schwer zu bearbeiten. Dadurch können Ring und Klappen nur eingeschränkt an das Herz angepasst werden – der Fluss des Blutes wird behindert. Dieses Problem rief Wissenschaftler des Unternehmens Tricumed Medizintechnik auf den Plan. Sie entwickelten verbesserte Herzklappen mit dem zugehörigen Ring aus Titan, dessen Fertigung kooperierende Forscher des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Metallpulverspritzguss umsetzten.

Neben der Wahl der geeigneten Titanlegierung ist das Design des Rings entscheidend, wie Dr. Michael Wagener vom Bereich Endformnahe Fertigungstechnologien erläutert: »Unsere Techniken eröffnen die Möglichkeit, den Ring viel freier als bisher zu gestalten. Stromlinienförmig wie er ist, wird der Blutfluss kaum behindert und gefährliche Ablagerungen sind unwahrscheinlich.« Hinter der Fertigung eines solchen Teils steckt einiges Know-how: Nachdem die IFAM-Forscher nachgewiesen hatten, dass die Legierung im Spritzguss verarbeitbar ist, optimierten sie den Sinterprozess. Dabei mussten sie berücksichtigen, dass das Bauteil beim Verbacken des Metallpulvers schrumpft und sich verziehen kann. Ebenso planten sie zuvor ein, dass beim abschließenden Polieren des Rings Material verloren geht. Prototypen ihrer Ringe und Klappen untersuchten die Projektpartner hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften. Know-how und optimierte Produktionsbedingungen übertrugen die IFAM-Ingenieure auf die Projektpartner, die nun Teile mit den gewünschten Eigenschaften fertigen.