Universitätsklinik Würzburg nutzt 3D-Druck zur personalisierten Behandlung bei Beckenbruch
Beckenbrüche gehören zu jenen Verletzungen, von der zwar besonders ältere Menschen betroffen sind, allerdings ist dessen Verlauf in jedem Alter mit großen Schmerzen und einer intensiven Behandlungstherapie verbunden. Ob durch Sportunfälle oder krankheitsbedingt wie beispielsweise durch Osteoporose; Beckenbrüche entstehen zwar hauptsächlich unter enormen Bedingungen, sind aber, sobald sie auftreten, teilweise sogar lebensbedrohlich. So können diese mit Typ A versehene Brüche zwar durch Therapien meist geheilt werden, andere Typen hingegen benötigen aber oftmals eine Operation, bei der innerhalb der Unfallchirurgie medizinische Implantate wie Stahlplatten und -Schrauben genutzt werden. Dass diese Art der Behandlung durch diese Hilfsmittel Nachteile aufweist, beweist die Forschung der Universitätsklinik Würzburg (UKW), die im Zuge ihrer Forschung unter dem Namen „Development and preclinical evaluation of a cable-clamp fixation device for a disrupted pubic symphysis“ den 3D-Druck zur Entwicklung von Kabel-Klammern-Implantate für von an Beckenbruch leidende Patienten erörtert haben.
Die sogenannte Symphyse ist in Medizinkreisen auch bekannt als unechtes Gelenk. Hierbei steht eine Verbindung von zwei Knochen durch einen Faserknorpel. Bei einem Beckenbruch spricht man dabei von einer Symphysensprenung, denn hierbei wirkt eine enorme Kraft auf das Becken, was dazu führt, dass die nicht mit Knochen versehene Sektion der Faserknorpelverbindung am Beckenring verletzt wird. Da allerdings der Erfolg der damit einhergehenden Operation auch stark von den Platten und Schrauben abhängt, sinkt diese mit zunehmendem Alter, da die Eigenschaften der Knochen abnimmt und konsequenterweise auch die der Schrauben.
A – C: CT-Bilder des 3D-gedruckten Implantats, D und E: axiale CT-Bilder von intakten, mit Kontrastmittel gefüllten Blase; F und G: Darstellung des Implantats am Knochen (Bild: Jordan et al.)
Anzahl an Beckenbrüchen steigt an
Eine von der Bundeszentrale für politische Bildung durchgeführten Studie hat besonders den demografischen Wanel in Deutschland hervorgehoben. Bedenkt man, dass im Jahr 1990 der Anteil der deutschen Bevölkerung von 67-Jährigen und Älteren bei 18,7 % lag, stieg dieser Wert im Jahr 2018 auf 30,5 % an; im Jahr 2060 soll dieser Anteil sogar bei 50,2 % liegen. Mit diesen Zahlen ist auch die steigende Anzahl an Beckenbrüchen zu erwarten. In Anbetracht dessen nutzten Martin Jordan und Professor Dr. Rainer Meffert, Direktor der Chirurgie II am Universitätsklinikum Würzburg, die Zusammenarbeit mit Headmade Materials, die sich im Bereich 3D-Druck auf die Pulvermetallurgie fokussiert haben. Das Ziel war es für die Forscher eine Verankerung, die fest mit dem Knochen verbunden ist, ebenso über eine breite Auflagefläche verfügt, die stabile Führung des Kabels zulässt und gleichzeitig wenig Material benötigt. Die letzte Anforderung entgeht der Tatsache, dass dadurch umliegende Strukturen wie zum Beispiel die Blase nicht irritiert werden. Martin Jordan erklärt die beiden daraus entstandenen Prototypen, die in ihrer Forschung als Kabel-Klammer-Implantate angeführt würden: „Die Titan-Klammern mit einer Führungsstruktur für das geflochtene Stahlseil werden fest am Knochen fixiert, mit zwei Schrauben, die nicht ausbrechen können, da sie fest im Implantat fassen. Durch die Kompression der Schambeinäste soll die Symphyse so idealerweise dauerhaft und komplikationsärmer adaptiert werden.“
Das Projekt, welches von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird, bestand neben dem UKW und Headmade Materials ebenfalls aus der Forschungsabteilung ‚Additive Fertigungstechniken‘ des Süddeutschen Kunststoffzentrums. Konkret handelt es sich bei den Kabel-Klammer-Implantaten für den Beckenbruch um den metallbasierten 3D-Druck ColdMetalFusion. Hierbei handelt es sich um ein von Headmade Materials entwickeltes indirektes Metalldruckverfahren auf Pulverbasis, wobei der 3D-Druck bei einer Temperatur von unter 80 Grad Celcius durchgeführt wird, was den Terminus „kalt“ erklärt. Was die Implantate angeht, so führt das Forschungspapier weiter aus, wurden bei anschließenden Testungen der 3D-gedruckten Prototypen eine passende Stabilität sowohl bei der Verwendung von Kunstknochen wie auch bei echten Knochen auf. „Sie sind nicht schlechter und bisher nicht wesentlich besser als die Platten, aber wir haben hier nicht das Risiko des frühzeitigen Implantatversagens“, führt Jordan weiter aus.
3D-Druck ermöglicht personalisierte Behandlung bei Beckenbruch
Zwar werde die Lösung aus dem 3D-Drucker noch nicht im Operationssaal genutzt, allerdings hat man sich dies als Ziel gesetzt. Denn dadurch ermöglicht man es dem Patienten eine passgenaue und individuell auf ihn ausgerichtete Klammer einzusetzen, die anhand von CT-Datensätze entwickelt wird. Hierfür wurde bereits das Verfahren seitens der Bayerischen Patentallianz eingeleitet. Jordan führt fort: „Ich freue mich sehr, dass wir durch diese enge und hervorragende Kooperation vor Ort die Vorteile, Limitationen und Risiken bei der Implantation ideal herausarbeiten konnten.“ In Zukunft plant man die Erweiterung um einen neuen Partner der Industrie zu gewinnen, um weiter die Implantate zu modifizieren. Mehr dazu erfahren Sie in dem Forschungspapier HIER.
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*Titelbildnachweis: Primo Medico
