Orthopädie: Wieder 1A dank 3D

16. September 2016
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Dreidimensionale Drucktechniken revolutionieren die Orthopädie. Plötzlich eröffnen sich für Kollegen ganz neue Möglichkeiten, komplizierte Fälle zu behandeln. Neben künstlichen Werkstoffen rücken biologische Materialien in den Mittelpunkt.

Ein Blick zurück in die Geschichte der Medizin: Seit 1851 versorgen Ärzte Frakturen mit Gips. Die Methode hat sich im Laufe der Jahrzehnte kaum verändert. Patienten empfinden sie als störend und unhygienisch. Mehrere Start-ups präsentieren jetzt stabile „Verbände“ aus luftigen Wabenstrukturen.

Geschient im Gitternetz

Ein Blick auf den Markt. Zaid Musa Badwan, ein Student der Ingenieurwissenschaften, gründete in Mexiko MediPrint, um Orthesen herzustellen. Das Konkurrenzunternehmen Xkelet aus Spanien gewann kurz zuvor sogar einen begehrten Red Dot Design Award für 3D-Stützen. Beide Firmen arbeiten nach dem gleichen Grundprinzip. Ärzte scannen die gebrochene Extremität. Auf Basis der Bildgebung erstellt eine App passende Modelle und verwaltet gleichzeitig alle Patientendaten. IT-Kenntnisse sind dafür nicht erforderlich.

Diese Daten gehen an einen 3D-Drucker. Auf Basis hoch belastbarer, stabiler Kunststoffe entsteht innerhalb von drei Stunden ein passgenaues Modell. Patienten sind begeistert. Sie schätzen, dass sie in ihrer Beweglichkeit weniger eingeschränkt werden. Sie können arbeiten, können duschen oder sogar schwimmen gehen. Gleichzeitig fällt es Ärzten leichter, lädierte Körperteile zu untersuchen. Der türkische Industriedesigner Deniz Karasahin präsentierte sogar eine Version mit Ultraschallquelle, um das Knochenwachstum zu stimulieren.

Wie so oft gibt es einen Haken. 3D-Gitterverbände schlagen je nach Komplexität mit 2.000 bis 5.000 US-Dollar zu Buche – kein Vergleich mit wenigen Dollar für Gipsverbände. Trotzdem rechnen Start-ups damit, dass ihre Erfindung bald im klinischen Alltag ankommt. In den USA handelt es sich um eine Leistung für Selbstzahler.

Geht nicht? Gibt´s nicht!

Diese Möglichkeit eignet sich in erster Linie zur Versorgung unkomplizierter Frakturen. Dreidimensionale Drucktechniken können aber weitaus mehr, wie folgender Fall zeigt. Der kleine Joos hatte sich beim Toben eine Fraktur der linken Unterarmknochen zugezogen. Ärzte legten ihm einen Gips an – die Sache schien ein Routinefall zu sein. Weit gefehlt: Nach Entfernung des Verbands stellten sie mit Schrecken fest, dass der kleine Patient seinen Unterarm nur noch stark eingeschränkt bewegen konnte. Beim Röntgen zeigte sich, dass die Knochen schief zusammengewachsen waren.

Dr. Frederik Verstreken, er arbeitet im Monica-Hospital Antwerpen, führte eine Osteotomie aus. Dabei kamen per 3D-Druck hergestellte Schablonen  und Titanimplantate vom Materialise zum Einsatz. Verstreken gelang es, Joos´ Funktionalitäten wieder herzustellen.

Kein Einzelfall: Die kleine Helena musste aufgrund eines Tumors am Knie operiert werden. Dr. Gwen Sys, Chirurgin am University Hospital Gent, gelang es per Operationsschablonen, das Gelenk zu retten. Ansonsten wäre sie um eine Amputation nicht herumgekommen.

Hals über Kopf

Ähnlich erfolgreich waren Chirurgen aus dem Prince of Wales Krankenhaus in Sydney. Ihr Patient litt ebenfalls an einem Knochentumor. Betroffen waren beide oberen Halswirbel, und Instabilitäten waren zu befürchten. Neurochirurg Ralph Mobbs entwarf auf Basis der Bildgebung ein Implantat und ließ es über 3D-Druckverfahren herstellen. Er entfernte das befallene Knochenmaterial in einer zwölfstündigen OP und setzte sein passgenaues Werkstück ein: weltweit die erste Anwendung innovativer Drucktechniken zum Ersatz von Halswirbeln. In anderen Kliniken ist es gelungen, Kreuzbeine oder Teile des Beckens zu ersetzen.

Das Implantat lebt

Jetzt sind Wissenschaftler auf dem Sprung zur nächsten Stufe. Sie versuchen, über 3D-Techniken Implantate herzustellen, die in vorhandene Strukturen einwachsen.

Warren L. Grayson aus Baltimore experimentierte mit Polycaprolactonen. Diese biologisch abbaubaren Polymere mischte er mit einem zellfreien Pulver aus Rinderknochen. Grayson konnte im Tierexperiment zeigen, dass Stammzellen angelockt werden. In Mäusen kam es nach zwölf Wochen bereits zum erwünschten Knochenwachstum.

Einen anderen Ansatz verfolgt EpiBone aus New York. Die Start-up-Firma nimmt CT-Scans des beschädigten Knochens als Basis für 3D-Modelle. Anschließend steuern Computer eine 3D-CNC-Fräse an, um passgenaue Modelle aus Kuhknochen herauszuschneiden. Das Implantat wandert zusammen mit Stammzellen in einen Bioreaktor. Schließlich entstehen Implantate, die mit der vorhandenen Substanz eine Einheit bilden.

Und vom Centre of Excellence for Electromaterials Science an der australischen University of Wollongong kommt ein BioPen, mit dem sich Knorpel Schicht für Schicht aufbauen lassen. Unter UV-Licht härtet das Gel mit Stammzellen sofort aus. Dann folgt die nächste Schicht. Diese manuelle 3D-Rekonstruktion hilft Ärzten, Läsionen im Knochen punktgenau zu reparieren. Alle Labors sind sich einig, dass ihre Technologien die Orthopädie revolutionieren werden.

 

33 Wertungen (5 ø)

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3 Kommentare:

Handtherapeutin
Handtherapeutin

Vielen Dank für den interessanten Beitrag,
auch wenn ich persönlich seit populär-werden der 3D Drucktechnik auf die konkrete Umsetzung solcher Produkte und Konzepte in der Orthopädie warte.
Dass die entsprechenden Kosten die Zwei-Klassen Medizin weiter vorantreiben ist wie immer schade. Aber auch wenn insbesondere die vorgestellte Orthese an Optik und Komfort kaum zu überbieten sein mag, können die, die sich das nicht leisten können gerne weiterhin bei Therapeuten wie uns thermoplastische Schienen massanfertigen lassen fürs kleine Geld.
http://www.rehabmart.com/include-mt/img-resize.asp?path=/imagesfromNC/NC12664.jpg&width=200&height=137
Für dieses Exemplar rechnen wir aktuell etwa 15 Euro Materialpreis ab.
Für die Malletschiene etwa 8:
http://blog.orfit.com/wp-content/uploads/2016/01/Mallet-Finger-Splint.jpg.

Ich wollte nur mal wieder auf uns Handtherapeuten hinweisen. Manchmal habe ich den Eindruck, die meisten Ärzte haben uns einfach nicht auf dem Schirm.

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Mitarbeiter von DocCheck

Sehr geehrter Herr Friedrich,

vielen Dank für Ihren Hinweis. Wir haben dies korrigiert.
Viele Grüße
Die DocCheck News Redaktion

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David Friedrich
David Friedrich

Im Video des Centre of Excellence for Electromaterials Science geht es um Knorpel nicht Knochen

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