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Bild: Vladyslav Otsiatsia, iStock
Medizintechnik

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Exoskelette und Organe aus dem Drucker

Text: Jessica Schuster, A&D
Die Technik schreitet immer schneller voran – und verschmilzt mehr und mehr mit dem Menschen. In der Medizintechnik können so Exoskelette und 3D-Druck unseren Alltag und Gesundheit immer mehr unterstützen. Lesen Sie, woran die Forscher arbeiten.

Innovative Entwicklungen tragen seit mehr als 100 Jahren zur Verbesserung der medizinischen Versorgung bei. Angetrieben werden sie zunehmend von Basis- und Querschnittstechniken der Elektro- und Informationstechnik, insbesondere von der Mikroelektronik, Mikrosystem- und Nanotechnik. Dabei wachsen Medizintechnik und Ingenieurwissenschaften immer enger zusammen und bringen innovative Anwendungen hervor, die das Gesundheitssystem effizienter machen.

Schwere Lasten einfach heben

Der letzte Schrei in der Medizintechnik sind Exoskelette. Weltweit arbeiten Wissenschaftler an Exoskeletten – mechanische Gerüste, die ein Mensch anziehen kann. Metallstreben formen ein Gestell, dass Achsen und Gelenke des Körpers nachbildet. Mechanik, Elektronik, Sensorik und Informatik gehören ebenso dazu wie Neurobiologie und Psychologie. Der Roboter zum Anziehen unterstützt jede Bewegung des Menschen. Sie helfen beispielsweise querschnittsgelähmten Menschen dabei, wieder laufen zu können. So schafft es ältere Dame schafft, ihren bettlägerigen Mann ins Bett zu tragen. Auch in militärischen Einsätzen sind die Anzüge denkbar.

Damit die tragbaren Roboter bei Fehlern der Steuerungssoftware den Anwender nicht verletzen, verhindern mechanische Sperren beispielsweise, dass das Bein verdreht und dabei beschädigt wird. Dazu reicht es jedoch nicht aus, dass Sensoren eine Muskelkontraktion erfassen – vielmehr muss das System vorher wissen, welche Bewegung folgt. Deshalb setzen Wissenschaftler die dazu nötigen Sensoren nicht am Muskel an, sondern direkt am Gehirn. Durch die Hirn-Detektoren weiß die Maschine im Voraus, dass der Träger das rechte Bein hebt, und kann sich frühzeitig darauf vorbereiten.

Organe zum Ausdrucken

Der medizinische 3D-Druck unterstützt die Medizinbranche auf zweierlei Weisen: Zum einen wird es Chirurgen ermöglicht, passgenaue Implantate zu erstellen, zum anderen können Mediziner die Operationsvorbereitung an 3D-Modellen üben und so ein besseres Verständnis über die geplante Operation erlangen. Mit fortschreitender Entwicklung der Drucker kommt eine dritte Art ans Licht – das Drucken von Organen und menschlicher Stammzellen.

Ein Herz aus dem 3D-Drucker – das klingt wie Frankensteins Monster, ist aber längst Realität. Ein solches Organ kostet zwar viele tausend Euro, stellt aber in schwierigen Fällen eine große Hilfe dar. „Mediziner können an den 3D-Modellen sägen, schrauben und fräsen. Alles, was sie während der Operation auch machen“, erklärt Stephan Zeidler, Produktmanager bei der Firma MMM, Medizinische Modellbau Manufaktur, die das künstliche Herz hergestellt haben. Ob Gelenkimplantate, künstliche Stents für Luftröhren, Komplettprothesen oder Zahnersatz – die Möglichkeiten von 3D-Druckerzeugnissen wachsen stetig.

Eine große Herausforderung in dem Bereich der gedruckten Organe stellt weiches Gewebe wie das beim Herz oder der Lunge dar. In der Praxien ist es noch nicht möglich, funktionierende innere Organe herzustellen. In der Theorie werden Verfahren erforscht, die das Drucken von Organen in Zukunft möglich macht. Hierzu wurden Bioprinter entwickelt, die Gewebe aus weichem Material drucken können. Um weiche, aber dennoch stabile Texturen zu erhalten, greifen Forscher daher auf ein Hilfsmittel zurück: Hydrogel. Auf diesem Gel werden die Stammzellen aufgebracht und es kann nach erfolgtem Druck durch Erwärmung wieder entfernt werden. Allerdings darf das Drucken nicht zu lange dauern, da sonst die Zellen aufgrund von Sauerstoffmangel absterben.

Frankenstein lässt grüßen

Auch wenn diese Fortschritte in der Technik und Forschung für viele befremdlich wirken, sind sie dennoch äußerst nützlich. Wenn so einem 3-jährigen Kind das Laufen ermöglicht wird oder ein 21-Jähriger wieder Fußballspielen kann, haben die Forscher etwas Gutes getan.

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