3D-gedruckte Medizintechnik Additives Forschungszentrum will Implantate intelligent machen

Redakteur: Stefan Guggenberger

Am deutsch-polnischen Forschungszentrum ATeM sollen Implantate mit integrierten Sensoren und andere 3D-Druckanwendungen für die Medizin entwickelt werden. Erste Demonstratoren sollen dabei schon im Herbst 2021 aus dem Drucker kommen.

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Noch sind Implantate und Prothesen in der Regel Stangenware und müssen aufwändig an ihre Träger angepasst werden. Mit 3D-Druck soll es in Zukunft möglich sein, diese Medizinprodukte direkt patientenspezifisch herzustellen.
Noch sind Implantate und Prothesen in der Regel Stangenware und müssen aufwändig an ihre Träger angepasst werden. Mit 3D-Druck soll es in Zukunft möglich sein, diese Medizinprodukte direkt patientenspezifisch herzustellen.
(Bild: ronaldbonss.com)

In Zukunft sollen immer mehr Patienten von additiv hergestellter Medizintechnik profitieren. Daran arbeitet das deutsch-polnische Forschungszentrum ‚Additive Technologien für Medizin und Gesundheit`(ATeM). Im Zentrum werden 3D-Drucklösungen für Zahnersatz, Prothesen, Implantate oder Einzelanfertigungen für Rollstühle entwickelt. Laut ATeM sollen die ersten Demonstratoren bereits Ende des dritten Quartals 2021 präsentiert werden. Diese schnelle Entwicklung ist möglich, weil die jeweiligen Partnereinrichtungen bereits durch Vorstudien die Grundlagen für die aktuelle Forschung geschaffen haben. Auf deutscher Seite ist das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden sowie das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz beteiligt. Und auf polnischer Seite die Fakultät Maschinenbau und das Center for Advanced Manufacturing Technologies (CAMT) der Technischen Universität Breslau.

Sensoren im Implantat erkennen Entzündungen

Solche kieferorthopädischen Distraktoren werden heute als Standardteil gefertigt und erst im Operationsprozess angepasst: Langwierig und unangenehm für den Patienten. In Zukunft könnten sie per 3D-Druck für den jeweiligen Patienten individuell angefertigt werden.
Solche kieferorthopädischen Distraktoren werden heute als Standardteil gefertigt und erst im Operationsprozess angepasst: Langwierig und unangenehm für den Patienten. In Zukunft könnten sie per 3D-Druck für den jeweiligen Patienten individuell angefertigt werden.
(Bild: Christoph Wilsnack/Fraunhofer IWS)

Das ATeM möchte Implantate nicht nur additiv herstellen, sondern deren Funktion erweitern. Dazu werden Sensoren direkt in 3D-gedruckte Knie- oder Hüftgelenke integriert. Diese Sensoren könnten Entzündungsreaktionen nach der Operation feststellen, indem sie auf höhere Temperaturen oder veränderte Biomarker reagieren. Ebenfalls gedruckt werden sollen in Zukunft Lab-on-a-Chip-Systeme, mit denen sich Organfunktionen und Abläufe im menschlichen Körper auf einem Chip darstellen lassen. Das kann beispielsweise beim Testen von Medikamenten zum Einsatz kommen.

Auch im Bereich des 3D-gedruckten Zahnersatz sehen die Projektpartner noch Forschungsbedarf: "Großes Potential liegt in der Nutzung innovativer Werkstoffe und der Integration zusätzlicher Funktionalitäten in den Zahnersatz, die den Tragekomfort für den Patienten erhöhen", erklärt dazu Prof. Dr. Frank Brückner, Technologiefeldleiter Generieren und Drucken am Fraunhofer IWS. So könnten komplexere Implantate nach einem 3D-Scan sofort auf einem 3D-Drucker hergestellt werden. Das würde zunächst die Wartezeit verkürzen, durch die Kombination von Metall- und Kunststoffmaterialien könnte aber auch die Ästhetik verbessert werden.

Biokompatible Schädelimplantate und patientenspezifische Rollstühle

Zudem untersucht ATeM die Möglichkeiten von patientenspezifischen Bauteilen, die bisher oft in Standardgrößen oder durch aufwändige Handarbeit erstellt werden. Denkbare Anwendungsszenarios sind individuell angepasste Sitze für Rollstühle und hochfeste Orthesen. Bei beiden Szenarien handelt es sich um faserverstärkte 3D-Strukturen. „Ein belastungsgerechtes Design eines Produkts, das dazu noch sehr leicht ist, erreichen wir mit dem Einsatz von Verstärkungsfasern, die wir direkt in die Kunststoffmatrix einbringen“, erklärt Prof. Dr. Lothar Kroll, Wissenschaftlicher Direktor Leichtbau- und Textiltechnologien am Fraunhofer IWU. Damit ließen sich auch Schädelimplantate aus dem biokompatiblen thermoplastischen Kunststoff Polyetheretherketon (PEEK) drucken.

Mehr Patienten sollen von 3D-gedruckten Lösungen profitieren

Ziel von ATeM ist es, additive Fertigung in den kommenden Jahren zum etablierten Standardwerkzeug in der Medizintechnik zu machen. Daher fokussiert sich das Zentrum nicht auf eine spezifische Anwendung, sondern erforscht die vielfältigen Anwendungsszenarien des 3D-Drucks. „Zusammen haben wir nun einen guten Blick darauf, wo Bedarfe bestehen, wo bisher noch keine Lösungen gefunden wurden und additive Technologien im Medizin- und Gesundheitsbereich Mehrwerte schaffen könnten“, erklärt Robin Willner, Wissenschaftler am Fraunhofer IWS und Koordinator der Geschäftsstelle des deutsch-polnischen Leitungszentrums.

Dieser Beitrag stammt von unserem Partnerportal Mission Additive.

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