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Prothesen aus dem Drucker – wie 3D-Drucker die Orthopädie verändern könnten

3D-Drucker

© chesky Fotolia

3D-Drucken ist eine Herstellungsweise, welche ein digitales Modell benutzt, um ein dreidimensionales Objekt herzustellen, und das fast aus jedem Material. Der wesentliche Unterschied zu den traditionellen Herstellungsverfahren ist, dass es sich um ein so genanntes additives und nicht um ein substraktives Verfahren handelt. Wenn man bisher zum Beispiel ein orthopädisches Implantat herstellen will, wird dieses durch CC-Fräsen aus einem vollen Metallblock gefräst. Ein 3D-Drucker erstellt dagegen die Objekte durch ein schichtweises Aufbringen von Material in feinen Schichten. Geleitet wird das Verfahren durch ein CAD Programm (Computer-aided design).

Inzwischen gibt es 3D-Drucker ab mehreren 100 Euro für den Heimanwender bis hin zu aufwendigen Geräten, die zum Beispiel für die Herstellung von Prototypen und in manchen Fällen sogar schon zur Serienherstellung (Ersatzteile, Verpackung, usw.) eingesetzt werden.

In der Medizin wird in vielen Bereichen über den Einsatz von 3D-Druckern geforscht und experimentiert. Das kalifornische Unternehmen Organovo bietet bereits Bioprintings, in dem Fall gedrucktes Lebergewebe, zum Verkauf an. Dieses Gewebe kommt zunächst der Pharmaindustrie zugute, die damit die mögliche Lebertoxizität von neuen Medikamenten testen kann. Ähnliches wird auch mit Nierengewebe möglich werden. Bis man vollständige Organe mit einem 3D-Drucker herstellen kann, wird es allerdings noch einige Jahre dauern. Möglich wären beispielsweise implantierbereite Arterien und Venen, Nieren, Leber und Herz. In der orthopädischen Chirurgie gibt es viele Situationen, bei denen eine Hilfe aus dem 3D-Drucker bereits erfolgreich eingesetzt wird oder vorstellbar wäre.

Operative Eingriffe werden durch die Herstellung von Modellen vereinfacht

Es gibt komplexe Operationen an Knochen, die ein besonders gutes dreidimensionales Denken voraussetzen. So können Korrekturen von Verformungen oder die Versorgung von ellenbogennahen Frakturen außerordentlich erleichtert werden, wenn man vor dem Eingriff eine dreidimensionale Rekonstruktion zur Verfügung hat. Ein weiterer Schritt, der bereits an einigen amerikanischen Krankenhäusern erprobt wird, ist die Herstellung von Operationsinstrumenten – so zum Beispiel Sägelehren und Führungshülsen für Schrauben, speziell für einen Eingriff.

Modelle aus Kunststoff von den zu operierenden Knochen unterstützen die OP-Planung. Daneben können sie auch bei der Aufklärung des Patienten nützlich sein.

Sind Custom-made Endoprothesen nötig?

Auf der Basis einer präoperativen computertomografischen Untersuchung eines Kniegelenkes ist es zum Beispiel jetzt schon möglich, eine individuelle Knieprothese herzustellen. Dazu kommt noch die Möglichkeit, die für die Implantation der individuellen Prothese passenden Instrumente, wie zum Beispiel Sägelehren, herzustellen. Über die Notwendigkeit einer solchen Option kann lange über das Dafür und Dagegen diskutiert werden. Bei „normalen“ mit Prothesen zu versorgenden Kniegelenken reichen wahrscheinlich Standardprothesen. Ein wichtiger Vorteil bei der Operation kann dann eher die Computernavigation als die individuelle Prothese sein.

Die direkte Herstellung von Prothesen und Operationsinstrumenten bei Nachfrage über kurze Vertriebswege, vielleicht sogar direkt im Krankenhaus, könnte ein mögliches Szenario für die nahe Zukunft sein.

Künstlicher Knochen aus dem 3D-Drucker sind bereits möglich

Die Bereiche in der Chirurgie, wo Knochensubstanz benötigt wird, sind vielfältig. So kann Knochensubstanz bei Knochendefekten bei einem Hüftprothesenwechsel benötigt werden oder bei Knochenbrüchen an den Schädelknochen (Kiefer- und Gesichtschirurgie). In manchen Fällen wird der Knochen direkt am operierten Patienten entnommen (als Knochenspenderbereich eignen sich die Beckenknochen, das Schienbein und die Speiche). Es können auch Spenderknochen eingesetzt werden.

Zum Anwendung kommt auch Knochenersatzmaterial. Es handelt sich dabei entweder um Granulat oder um vorgeformte Blöcke. Das Material besteht oft aus Kalziumphosphat oder Kalziumhydroxylapatit. Dieses Material wird einen Zeitraum von mehreren Monaten im Idealfall vollständig durch Knochen substituiert.

Möglich ist bereits, dass ein Knochenersatzmaterial von einem 3D-Drucker hergestellt wird. Es kann sich dabei zum Beispiel um ein synthetisches, kunststoffähnliches Material oder um eine poröse, keramikähnliche Trägersubstanz handeln, die mit Knochenstammzellen gefüllt wird, und die langsam resorbiert und durch durchbluteten Knochen ersetzt wird.

So kann man sich in Zukunft einen Operationssaal mit angrenzendem 3D-Drucker vorstellen, mit dem „on demand“ (bei Bedarf) Ersatzteile hergestellt werden, sei es Knochenersatzmaterial oder ein Implantat für einen Gelenkersatz oder eine Frakturbehandlung.

 

Autor: Dr. med. Jean-Louis Dumas, Facharzt für Orthopädie, Chefredakteur

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