Radiologische Erkenntnisse 13.12.2017, 10:01 Uhr

Hörimplantate aus dem 3D-Drucker sollen OP-Ergebnisse massiv verbessern

Die Medizintechnik hat in den letzten Jahren gigantische Entwicklungen hervorgebracht. Die Technik von Hörimplantaten aber stammt noch aus den 1990er Jahren. Mithilfe von 3D-Druckern wollen Forscher nun die Passgenauigkeit und damit die Heilungschancen für Schwerhörige verbessern.

Eine 3D-gedruckte Hörprothese

So filigran kann ein 3D-gedrucktes Hörimplantat aussehen. Es ist kleiner als eine US-amerikanische Penny-Münze.

Foto: RSNA

Es gibt ganz unterschiedliche Arten von Hörgeräten. Einige werden einfach nur außen am Ohr getragen und sollen den Schall verstärken, der dann besser wahrgenommen wird. Andere Geräte sitzen direkt im Ohr und müssen an die individuelle Anatomie der Patienten angepasst werden. Das ist oft schwierig, denn ein Ohr lässt sich im Inneren nicht so einfach vermessen. Mit einer Ausnahme: im Computertomographen, kurz CT. Nur müssen die dort gewonnen Erkenntnisse auch irgendwie umgesetzt werden.

Gehörverlust durch Trauma oder Infektion

Das menschliche Gehör ist eine komplexe Angelegenheit, denn es sind ganz unterschiedliche physikalische und chemische sowie elektrische Prozesse damit verbunden. Generell bestehen Geräusche, Töne, Musik, Laute und Stimmen erst einmal aus Schallwellen, aus bewegter Luft also. Diese Schallwellen treffen auf die Ohrmuschel und werden durch die vielen Fältchen und Knubbel dort in das eigentliche Ohr geleitet. Dort treffen sie auf das Trommelfell, eine Membran. Sie wird von den Schallwellen in Schwingungen versetzt und gibt diese Vibrationen an drei kleine Gehörknochen weiter, die sie wiederum an Cochlea (zu Deutsch Schnecke) weiterleiten. Dort werden sie schließlich in chemische Signale und endlich auch elektrische Impulse umgesetzt. So weit die Schnellfassung.

Durch Trauma wie einen Unfall oder ein Schock sowie durch Infektionen ist es möglich, dass die drei kleinen Knöchelchen im Ohr nicht mehr richtig arbeiten. Sie können ihre Form verloren, sich verschoben haben oder aus sonstigen Gründen keine Funktion mehr haben.

Heutige Technik stammt aus den 1990er Jahren

Diese Gehörknochen können in einer Operation rekonstruiert werden. Dafür werden normalerweise Bauteile aus Keramik und Stahl verwendet, die erst vor dem Einsetzen in das Mittelohr während der Operation an die individuelle Anatomie des Patienten angepasst werden – oft unzureichend. Diese Technik wurde in Deutschland bereits in den 1990er Jahren verwendet, ist also „ein alter Hut“. Der Erfolg dieser Methode war und ist nicht zufriedenstellend, es gibt eine hohe Ausfallquote.

Das Gehör wird jedoch nicht wieder hergestellt, wenn die künstlichen Gehörknochen nicht exakt die benötigten Maße haben. Denn dann leiten sie die Vibrationen gar nicht oder verfälscht an die Cochlea weiter, sodass dort keine oder falsche chemische und elektrische Impulse entstehen. Diese elektrischen Pulse sind es, die im Gehirn ankommen und „Laut“ suggerieren. Passen die künstlichen Knöchelchen also nicht, kann das Gehör nicht wiederhergestellt werden.

Die Lösung könnten nun Wissenschaftler der Universität Maryland gefunden haben: Sie haben ein Hörgerät vorgestellt, das auf der Basis von CT-Scans und 3D-Druck hergestellt wurde und beschädigte Teile des Mittelohres korrigieren soll. Sie versprechen sich von dieser Methode eine bessere Behandlungsmöglichkeit für die Betroffenen, die ohne Behandlung ihr Gehör verlieren würden. Vorgestellt wurde der Prototyp beim jährlichen Treffen der Radiologischen Gesellschaft Nordamerikas Anfang Dezember.

3D-Drucker fertigt Hörimplantate passgenau und schnell

Bisher konnten die Implantate aus Keramik und rostfreiem Stahl nur grob angepasst werden. Denn bei so winzigen Bauteilen ist eine perfekte Anpassung vorgefertigter Teile unter Zeitdruck – und der herrscht auch bei geplanten Operation – in Handarbeit kaum möglich. Die Lösung der US-amerikanischen Wissenschaftler besteht nun darin, keine Teile vorzufertigen, die angepasst werden müssen. Stattdessen werden die Teile direkt aus dem 3D-Drucker geholt. Denn der Drucker kann sie in exakt den richtigen Abmessungen und passend zueinander liefern, weil er die CT-Scans filigran umzusetzen vermag. Die Methode ist also sehr genau und sollte eine hohe Erfolgsquote versprechen.

Außerdem sind Assistenzprofessor Jeffrey Hirsch und sein Team nicht die ersten, die sich in der Medizintechnik mit den Vorzügen der 3D-Drucktechnik befassen. Im Jahr 2014 erhielt ein chinesischer Junge bereits Wirbelkörper aus dem 3D-Drucker, weil die Ärzte zu der Überzeugung gelangt waren, dass die gedruckten künstlichen Gelenke besser passten als alles zuvor Versuchte. Auch in der chirurgischen Wiederherstellung von Gesichtern hat sich der 3D-Druck bewährt. Wir hatten bereits 2015 über die ersten Versuche in der Universitätsmedizin Mainz berichtet.

Erfolgsversprechende Versuchsreihe und Suche nach bioverträglichen Materialien

Bisher wurde das gedruckte Hörimplantat allerdings noch nicht an lebenden Patienten angewandt. Hirsch und sein Team benutzten für ihre ersten Versuche die mittleren Gehörknochen von Verstorbenen, die in die wissenschaftliche Verwendung ihrer Körper eingewilligt hatten. Das Team vermaß die Knochen im CT-Scanner und ließ von einem handelsüblichen, kostengünstigen 3D-Drucker auf Basis dieser Daten Plastikmodelle erstellen. Verwendet wurde ein Polymer, das unter ultraviolettem Licht aushärtet und sehr haltbar ist. Die so produzierten Mittelohrknochen wurden anschließend fachlich kompetenten Chirurgen vorgelegt, die die Teile den originalen Knochen zuordnen mussten. Die Trefferquote lag bei 100 Prozent. Bei Ersatzteilen, die auf herkömmliche Art und Weise hergestellt wurden, war die Zuordnung nicht so zufriedenstellend verlaufen.

In weiteren Versuchen will Hirsch mit seinem Team bioverträgliche Materialien erproben, die tatsächlich als Ersatzteile im menschlichen Körper infrage kämen. Das Team kann sich darüber hinaus vorstellen, mit einem schwammartigen Teil aus dem 3D-Drucker zu arbeiten, in das Stammzellen eingesetzt werden. Diese Zellen würden sich dann langsam zu echtem Knochenmaterial entwickeln und in das Kunststoffteil einwachsen. Das würde die Wiederherstellung des Gehörs bei Menschen mit Gehörverlust durch Trauma oder Infektion insgesamt kostengünstiger (derzeitige Kosten je Eingriff bei 10.000 bis 30.000 Euro) und zeitsparender machen. Insbesondere in Hinblick auf Kinder, deren Gehörkomponenten noch im Wachstum sind, ist diese Weiterentwicklung des jetzt vorgestellten Verfahrens wünschenswert.

Von ingenieur.de

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