Das neue Kniegelenk kommt aus dem 3D-Drucker

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„Für Patienten wird der Eingriff einfacher und die Heilung komfortabler“: Wissenschaftlerin Nadine Nottrodt über die Vorteile von Prothesen aus dem 3D-Drucker. Foto: Christoph Pauli

Aachen. Vermutlich wird Nadine Nottrodt ihren Vortrag ganz traditionell aus dem Drucker herausziehen. Dabei ist die promovierte Diplom-Biologin am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik eine Expertin für den 3D-Druck. Das Prinzip ist immer gleich.

Am Computer wird ein dreidimensionales Modell in dünne Schichten zerlegt. Spezielle Drucker bauen diese wieder Schicht für Schicht aufeinander, so dass aus dem virtuellen ein reales Modell entsteht. Als Materialen dienen dafür Kunststoffe, Keramik oder Metalle, wie Nottrodt im gespräch mit Christoph Pauli erklärt.

Angenommen, Sie wären eine Chirurgin, welche Körperteile, die aus dem 3D-Drucker kommen, könnten Sie einsetzen?

Nottrodt: Für Zahnimplantate werden bereits standardisiert Formen gedruckt. Hier im Fraunhofer Institut versucht man bereits, Knochenimplante auf metallischer oder keramischer Basis nachzubauen und nachzudrucken. So wird andernorts Patienten geholfen, die ein größeres Loch in der Schädeldecke haben. Auch solche an den Patienten angepassten Modelle kommen bereits aus dem 3D-Drucker. Bei Prothesen sind 3D-Exponate auf dem Vormarsch, wann immer man eine maßgeschneiderte Lösung haben will, um eine Prothese direkt ans Bein zum Beispiel anzusetzen. Knieprothesen aus dem Drucker werden bereits eingesetzt.

Wie individuell sind solche Anfertigungen? Werden Alter, Körpergewicht, Fitness oder Muskulatur am Gelenk zum Beispiel berücksichtigt?

Nottrodt: Das zu berücksichtigen ist das Ziel. Heute kann man die Gelenkgeometrie anhand eines computertomograhischen Bildes ermitteln. Aber die komplexen Zusammenhänge werden noch weiter erforscht.

Was ist der Charme solcher ausgedruckten Lösungen?

Nottrodt: Für Patienten wird der Eingriff einfacher und die Heilung komfortabler. Die Nebenwirkungen wie Entzündungen sind geringer, weil die Prothese besser passt. Es muss weniger vom Knochen abgenommen werden, um die Prothese passend zu machen. Das ist auch vom Vorteil, wenn eine Prothese erneuert werden muss. Mit einer neuen Prothese kann man – überspitzt formuliert – wieder einen Marathon laufen.

Kann man schon sagen, ob gedruckte Implantate besser funktionieren als herkömmliche?

Nottrodt: Es kann noch keine Langzeitstudien geben. Im Knochenbereich ist das sicher die Zukunft. Da geht es darum, ein Material zu finden, dass dem Knochen noch ähnlicher ist und vom Körper wie ein eigenes Knie zum Beispiel akzeptiert wird. Daran wird geforscht.

Ein ausgedrucktes Knie ist derzeit etwa doppelt so teuer wie ein herkömmliches. Werden die Kosten in der Transplantationschirurgie in absehbarer Zeit sinken?

Nottrodt: Die Anlagentechnik wird sicherlich günstiger. Vielleicht kann man bald mit einer Anlage mehrere Organe oder Knochen drucken, das senkt die Herstellungskosten. Aber wir sprechen hier über Zeitspannen von mehreren Jahren.

Ist es denkbar, dass während einer OP ein Knochen ausgemessen und sofort ersetzt wird?

Nottrodt: Das ist noch Zukunftsmusik. Die Vorstellung ist schon, dass der Drucker mit den MRT-Daten sofort arbeitet. Noch ist das eine Vision, weil die Druckprozesse Zeit brauchen. Eine Schädelplatte wird über Stunden ausgedruckt.

Ändern sich auch Berufsbilder? Stehen dann Ingenieure oder Mediziner an den Druckern?

Nottrodt: Es läuft auf eine interdisziplinäre Lösung hinaus. Der Mediziner muss besser verstehen, was der Ingenieur will – und umgekehrt. Es gibt bereits vom VDI-Schulungen, um ein größeres Verständnis zu erzielen.

Kann man bereits Organe drucken?

Nottrodt: Bislang sind die Organe noch zu komplex. Aber es gibt auch hier in Aachen Gruppen, die sich intensiv mit Herzklappen und dem Herzen beschäftigen. Für angehende Ärzte hat ein plastisches Herz auch den Vorteil, dass man Abläufe für eine reale Transplantation besser üben kann. Tierversuche können so reduziert werden. Bis es ein ausgedrucktes, voll funktionsfähiges Herz gibt, wird es vermutlich aber noch Jahrzehnte dauern.

Welche Materialien muss man noch entwickeln, um zum Beispiel ein so komplexes Gebilde wie eine Niere, Leber oder Bauchspeicheldrüse imitieren zu können?

Nottrodt: Bei Knochen verwendet man heute oft Titan oder Keramiken. Ein anderer Ansatz wäre es Gewebezellen zu entnehmen, sie zu kultivieren und in Bioreaktoren so zu trainieren, dass sie Aufgaben von Organen übernehmen könnten. Denen müsste man im besten Fall nur noch ein ausgedrucktes Stützgerüst geben. Vermutlich muss man keine vollkommen neuen Materialen erfinden, sondern kann auf Zellen des Patienten zurückgreifen.

Gibt es in der schönen neuen Welt wissenschaftliche Grenzen?

Nottrodt: Vom reinen Forschungsaspekt haben wir grenzenlose Möglichkeiten. Ich hoffe und denke aber nicht, dass man irgendwann einen ganzen Menschen drucken kann.

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