Vitale Zellstrukturen halten Einzug in die Medizintechnik

„Biologisierung“ elektro-mechanischer Systeme macht Implantate widerstandsfähiger“

In der Medizintechnik der nächsten Jahre sehe ich drei herausragende Trends: die weitere Miniaturisierung, die verstärkte Computerisierung und die zunehmende Biologisierung.“ Für Univ.-Prof. Dr. Thomas Schmitz-Rode erhält die Biomedizinische Technik im Rahmen der zukünftigen Gesundheitswirtschaft eine entscheidende Schrittmacherfunktion. „Deutschland hält auf diesem Gebiet mit rund 14 Milliarden Jahresumsatz nach den USA eine weltweite Spitzenposition. Diese Marktführerschaft gilt es auszubauen“, so der Direktor des Helmholtz-Instituts für Biomedizinische Technik der RWTH Aachen.

Die Voraussetzungen und das Potential dazu sieht der gelernte Ingenieur und Mediziner an der Technischen Hochschule Aachen gegeben: Wie kaum an einem anderen europäischen Standort arbeiten hier seit Jahrzehnten Ärzte und Techniker intensiv zusammen. Derzeit arbeiten allein 7 Professoren und 100 Wissenschaftliche Mitarbeiter in diesem Bereich. Die erfolgreiche Entwicklung und Erprobung von Kunstherzen und Blutpumpen belegt diese innovative fachübergreifende Zusammenarbeit.

„Nach der Informatik und den Materialwissenschaften stößt neuerdings die Zell- und Molekularbiologie zur Medizintechnik hinzu“, erläutert Prof. Schmitz-Rode, „die technische Komponente wird nunmehr durch eine biologische ergänzt“. So richtet der junge Lehrstuhlinhaber für Angewandte Medizintechnik gerade eine neue Arbeitsgruppe für kardiovaskuläres Tissue Engeneering ein. Die technischen Systeme werden dabei noch stärker mit den biologischen verzahnt. Prof. Schmitz-Rode: „Aus der Verbindung von materialwissenschaftlichen und mechatronischen Komponenten mit Molekül- und Zellstrukturen entwickeln wir Hybridfunktionen, die konkrete Hilfestellung für den Patienten bringen.“

Beispielprojekte des neuen Arbeitsgruppenleiters Dr. med. Stefan Jockenhövel sind mitwachsende Herzklappen für Kinder, gezüchtete Gefäßsegmente aus körpereigenem Material und sogenannte Myokard-Patches – Gewebe-Pflaster, die infarktgeschädigte Herzmuskelbereiche ersetzen sollen. „Das Zellmaterial wird dafür auf einen biokompatiblen Träger aufgetragen“, schildert Schmitz-Rode. So können beispielsweise Herzklappen aus Elastomeren mit einer körpereigenen Zellschicht belegt werden. Ein damit verbundenes Ziel ist die Reduktion gerinnungshemmender Medikamente auf ein Mindestmaß. „Für einen Arterienersatz bei Bypass-Operationen konditionieren wir körpereigenes Material im Bioreaktor unter pulsierender Belastung“, beschreibt Professor Schmitz-Rode einen anderen Einsatz. So kann es sich schrittweise an die spätere Belastungen im Körper anpassen. Insgesamt ist Schmitz-Rode überzeugt, dass durch diese Einführung vitaler Zell- und Molekularstrukturen in die Medizintechnik Implantate widerstandsfähiger und langlebiger werden. Von der engen Verzahnung und Interaktion der „klassischen“ kardiovaskulären Technik (Arbeitsgruppenleiter Dr.-Ing. Ulrich Steinseifer) mit der Tissue-Engineering-Gruppe von Dr. Jockenhövel verspricht sich Schmitz-Rode innovative Impulse, die zur Entwicklungen neuer biohybrider Systeme führen werden.

Der Medizintechniker warnt jedoch vor zu großen Erwartungen: “ Die Forschungs- und Entwicklungszeiträume liegen bei fünf bis zehn Jahren.“ In dieser Zeit gibt es viele Fragen zu beantworten: Wie verhält sich das Oberflächenmaterial bei längerfristigem Einsatz in der Körperumgebung? Wie muss das Design der Implantate verbessert werden? Wie müssen die Strömungseigenschaften optimiert werden, damit die Systeme blutschonender werden?

Diese Probleme geht das Helmholtz-Institut konsequent unter Einbeziehung anderer Fachdisziplinen und der Industrie an. Schmitz-Rode: „Unser Ziel ist eine schlagkräftigere Umsetzung von Ergebnissen aus der Grundlagenforschung über die Produktentwicklung bis hin zur experimentellen Erprobung.“ Und dazu werden auch die Kompetenzen der Hochschule in benachbarten Fachgebieten noch zielgerichteter einbezogen – etwa in der Zusammenarbeit innerhalb der Arbeitsgemeinschaft Helmholtz-Institut mit Professu-ren aus Maschinenbau, Elektrotechnik, Biologie und Medizin sowie auch mit dem benachbarten Deutschen Wollforschungsinstitut. „In dieser strategischen Allianz werden wir auch die internationale Sichtbarkeit dieses Aachener Exzellenz-Clusters weiter steigern,“ ist der Medizintechniker überzeugt.

Weitere Informationen erhalten Sie unmittelbar bei Univ.-Prof. Dr. med. Dipl.-Ing. Thomas Schmitz-Rode, Inhaber des Lehrstuhls für Angewandte Medizintechnik im Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik der RWTH Aachen, Pauwelsstraße 20, 52074 Aachen, Telefon 0241/80-87111, Fax 0241/80-82026, e-mail smiro@hia.rwth-aachen.de. Toni Wimmer