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Aufnahmen von der Hüfte des Patienten Marko S., der ein maßgeschneidertes -Implantat brauchte.

Zukunft

Die Revolution! 3D-Drucker in der Medizin

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Kein Hüftknochen ist wie der andere, kein menschliches Schlüsselbein hat einen Zwilling – bei Operationen jedoch müssen Ärzte auf ein Standardsortiment von Implantaten und Ersatzteilen zurückgreifen.

Das könnte sich in Zukunft ändern – denn in der Medizin findet eine Revolution statt. Immer mehr Kliniken verwenden 3D-Drucker. So lassen sich Modelle von Knochen und Organen naturgetreu nachbauen. 3D-Drucker sind Maschinen, die aus Computerdaten Schicht für Schicht die Realität abbilden, mit allen Knochenvorsprüngen oder Blutgefäßen. Als Material werden hauptsächlich Kunststoffe und Metalllegierungen verwendet. So entstehen passgenaue Implantate oder Modelle von Knochen und Organen, die zur OP-Vorbereitung verwendet werden. Wir erklären das Verfahren und sprechen mit Professor Wolfgang Böcker, dem Direktor der Klinik für Allgemeine Unfall- und Wiederherstellungschirurgie der Uni-Klinik München, über seine Erfahrungen und die größten Schwierigkeiten im Umgang mit der neuen Technik.

3D-Drucker eröffnet neue Chancen

Das ist wie ein Sechser im Lotto – auf einmal gibt es eine neue Technik, mit der einem Menschen doch noch geholfen werden kann. Und ein Mann, bei dem bisher alle ärztliche Kunst an ihre Grenzen gestoßen war, steht aus dem Rollstuhl auf und lernt wieder laufen. Die Begeisterung und auch die Ehrfurcht über so ein Erlebnis hört man, wenn Professor Wolfgang Böcker über Marko S. (Name geändert) spricht. Der 32-Jährige saß nach einem schweren Unfall vor zweieinhalb Jahren mit einer total deformierten Hüfte im Rollstuhl. Dass er wieder gehen und ein normales Leben führen kann, verdankt er einer maßgeschneiderten Hüftprothese, die speziell für ihn mithilfe eines medizinischen 3D-Druckers angefertigt wurde.

Maßgeschneiderte Hüftprothese nach schwerem Unfall

Wolfgang Böcker: „Bei dem schweren Unfall war auch die Hüftpfanne des Mannes gebrochen, der Hüftkopf rutschte ins kleine Becken. Das Becken stand ständig gebeugt, das Bein war praktisch bewegungsunfähig.“ Direkt nach dem Unfall hätte man Marko S. wohl noch mit einem Standardimplantat versorgen können, er hatte jedoch eine Vielzahl von Verletzungen, lag wochenlang im Ausland im Koma und bekam dort auch noch eine Infektion mit einem multiresistenten Bakterium. Erst als er den Kampf um sein Leben gewonnen hatte und wieder zu Kräften gekommen war, war an eine erneute OP zu denken. Doch mittlerweile hatte der schiefe Hüftkopf das Pfannendach löchrig gerieben. Eine normale Prothese dafür gab es nicht. Dr. Böcker: „Wir standen mit dem Rücken zur Wand.“ Vor der 3D-Technik hätte er Marko S. wieder heimschicken müssen.

Eine normale Prothese gibt es in diesem Fall nicht

Mithilfe von Aufnahmen aus der Computertomografie, die so feinschichtig wie möglich hergestellt werden, stellen Techniker der Druckfirmen einen Vorschlag für ein Implantat her, das vom Mediziner begutachtet wird. Der Vorteil der Drucktechnik ist, dass Knochen möglichst lebensecht gestaltet werden, also auch mit kleinen Höckern und Freiräumen, in denen das Gewebe später besser einwachsen kann.

Nachdem Dr. Böcker das Modell abgesegnet hatte, wurde es von der Münchner Firma Materialise, einem Pionier im Bereich des medizinischen 3D-Drucks, in einer speziellen Lasertechnik gedruckt: In einer Kiste mit Titanlegierungssand schmilzt ein Laserstrahl Schicht für Schicht genau die Sandkörner, die für das Implantat nötig sind. Das dauert mehrere Stunden, anschließend muss die Prothese sorgfältig von Hand nachgearbeitet werden. Das ist zeitaufwendig und noch sehr teuer. Krankenkassen zahlen nur, wenn es keine andere Möglichkeit der Behandlung gibt. Marko S. übrigens, der aus Kroatien stammt, hat die Kosten selbst übernommen.

Implantate passen perfekt zum Körper

Die individuell gefertigten Implantate haben den Vorteil, dass sie wirklich perfekt zum Körper passen, und daher beim Einbauen weniger Knochen weggenommen werden muss. Das ist vielleicht in Zukunft besonders für jüngere Patienten eine interessante Option. Knochensparen ist wichtig, wenn man daran denkt, dass diese Menschen irgendwann noch mal ein neues Implantat benötigen werden. Ein Nachteil der Drucktechnik scheint zu sein, dass die Implantate nicht ganz so stabil sind wie die klassischen Knochenersatzteile, die aus einem Metallblock herausgearbeitet werden. Aber dazu gibt es noch keine verlässlichen Daten. Dr. Böcker: „Und es geht ja hier auch noch um Einzelfälle, bei denen die üblichen Implantate nicht verwendet werden können.“

Neue Technik hat einen hohen Preis

Das größte Problem bei der Verwendung der neuen Technik neben den noch sehr hohen Preisen ist die Frage der Haftung. Implantate müssen ein Sicherheitszertifikat haben. Wenn mal eins bricht, haftet der Hersteller, sofern dem Arzt kein Fehler beim Einbau nachgewiesen werden kann. Dr. Böcker: „Wenn wir Implantate für jeden Patienten individuell anfertigen, ist der Arzt ja der Hersteller. Wie hier die Frage der Haftung gelöst werden kann, ist noch völlig offen.“ 

Professor Wolfgang Böcker ist Direktor der Unfallklinik, Uni München.

So machen Knochen aus Plastik viele OPs sicherer

Implantate müssen außer Haus gefertigt werden, wofür nutzen Sie die 3D-Drucker in der Klinik?

Prof. Wolfgang Böcker: Wir verwenden ganz normale 3D-Drucker bei jedem Becken, das wir operieren. Wir füttern den Computer mit Aufnahmen aus dem Computertomografen und lassen uns die Hüfte als Plastikmodell ausdrucken. Kein Becken gleicht dem anderen, es sind runde Knochen, die Höcker und alle möglichen Windungen haben.

Wofür nutzen Sie die Modelle?

Prof. Böcker: Wir benutzen diese Modelle, um die Implantate vorzubiegen. Die üblichen Implantate müssen für jeden Patienten passend gebogen werden. Früher machten wir das während der OP. Aber das Anpassen kann leicht mal eine halbe Stunde dauern. Jetzt erledigen wir die Anpassung mithilfe des Plastikmodells, dann geht das Implantat in die Sterilisation und kommt zur OP steril und perfekt gebogen auf den Tisch. Das spart viel Zeit während des Eingriffs, womit der mögliche Blutverlust und auch die Zahl eventueller Komplikationen verringert werden. Wir erheben dazu Daten, und erste Auswertungen zeigen viele positive Effekte.

Gibt es noch weitere Einsatzmöglichkeiten, die schon zum Alltag gehören?

Böcker: Wir verwenden die Technik z. B. um Fehlstellungen von Knochen zu korrigieren, diese können schon angeboren sein oder z. B. durch einen Unfall oder eine Krankheit im Laufe des Lebens entstehen. Beim Eingriff müssen Knochen durchtrennt und gedreht werden. Diese Korrektur kann ich am Computer simulieren und mir dann Schablonen ausdrucken lassen, die ich während der OP auf den Knochen lege. Dann weiß ich millimetergenau, wo und wie ich arbeiten muss. 

Zukunftsmusik – gedruckte Organe

Ein Herz aus dem 3D-Drucker, einem Unfallopfer ein neues Gesicht designen und ausdrucken - das klingt wie Science Fiction. Doch viele Kardiologen bereiten sich mit naturgetreuen Modellen von Patientenherzen auf Operationen vor, auch bei Gesichtsdeformationen kommt die neue Technik zum Einsatz. 

Die Ärzte üben an den Modellen komplizierte Eingriffe. Sie können schneiden, fräsen oder zusammennähen. Hier kann gefahrlos getestet werden, wie die Zugänge sind und welche OP-Techniken den größten Erfolg versprechen. Auch bei schwer kranken Kleinkindern hat sich der 3D-Druck bereits bewährt. Manche Babys kommen mit sehr labilen Bronchien auf die Welt, die jederzeit kollabieren können. Bisher mussten sie lange Zeit auf der Intensivstation liegen, bis ihre Bronchien durch weiteres Wachstum stabil genug wurden. Ein sich selbst abbauendes Stützgerüst für die Luftröhre aus dem 3D-Drucker lässt den wachsenden Atemwegen genug Raum und sorgt dafür, dass die Kinder nur noch selten beatmet werden müssen. 

Tatsächlich noch Zukunftsmusik ist die Idee, Organe zur Transplantation auszudrucken. Allerdings wird auf diesem Gebiet viel geforscht. In den Druckerkartuschen befinden sich dann Zellen unterschiedlicher Art - das nennt man dann Bioprinting. Ein Problem ist, wie das Gewebe mit Blut und Nährstoffen versorgt werden kann. Ungelöst ist auch, wie das Immunsystem auf so einen Zellmix reagieren würde.

Sechsjähriger hat eine Hand-Prothese aus einem 3D-Drucker bekommen, wie Merkur.de berichtet.

sus

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