Theranostisches Implantat IMS

Entwicklung eines theranostischen Implantats für die telemetrische Überwachung der Hämodynamik.

Entwicklung Theranostischer Implantate am IMS

Das Fraunhofer IMS forscht aktiv in der erfolgreichen Entwicklung von theranostischen Implantaten, welche sowohl Diagnose als auch Therapie umfassen. Dies wird am Beispiel eines Demonstrators für die telemetrische Überwachung der Hämodynamik vorgestellt.

Fraunhofer Leitprojekt: »Theranostische Implantate«

Bildliche Darstellung des Konzeptes für ein theranostisches Implantat
© Fraunhofer IMS
Systemkonzept eines theranostischen Implantats für das Hämodynamische-Controlling

Bislang dominieren rein passive Implantate, zu denen zum Beispiel Knochenplatten zählen. Intelligente »Theranostische Implantate« gewinnen zunehmend an Bedeutung, denn diese vereinen Diagnostik und Therapie in einem medizintechnischen Produkt. Sie erfassen Vitalparameter in einem geschlossenen Regelkreis und leiten auf dieser Grundlage therapeutische Maßnahmen ein. Theranostische Implantate müssen über viele Jahre im Körper stabil funktionieren, obwohl sie dem ständigen Einfluss wachsender Zellen in einem feuchten und warmen Milieu ausgesetzt sind. Das ist eine große Herausforderung für die Entwicklung der hochkomplexen Systeme aus Sensoren und Aktuatoren, die zudem möglichst klein sein sollen. Die Auswahl der drei Demonstratoren des Leitprojektes orientierte sich an Krankheiten, die einen hohen Kostenanteil im deutschen Gesundheitswesen verursachen. Dazu zählen Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krankheiten des Skeletts und neuromuskuläre Erkrankungen.

Theranostische Sensorimplantat zur Kontrolle des Blutkreislaufes

Bildliche Darstellung des telemetrischen Betriebs eines theranostischen Implantats
© Fraunhofer IMS
Darstellung für den telemetrischen Betrieb eines theranostischen Implantats mit Messwerterfassung und Energieübertragung.
Abbildung des realisierten theranostischen Implantats, welches als Multisensor auf einer keramischen Leiterplatte aufgebaut ist
© Fraunhofer IMS
Abbildung des realisierten theranostischen Implantats, welches als Multisensor auf einer keramischen Leiterplatte aufgebaut ist

In diesem Teilprojekt haben sich sieben Fraunhofer Institute zusammengeschlossen, um ein Multisensor-Implantat zur Kontrolle des Blutkreislaufes zu entwickeln.

Um Patienten mit einer Blutkreislauferkrankung, zum Beispiel Bluthochdruck, ideal zu therapieren, ist ein Langzeit-Monitoring des Blutdrucks in den Herzgefäßen notwendig. Das derzeit übliche Druck-Monitoring ist nur kurzfristig und auf einer Intensivstation mit Einsatz von Kathetern möglich. Diese Eingriffe bergen eine Infektionsgefahr und können zu Komplikationen führen. Für ein dauerhaftes Monitoring sind sie nicht geeignet.

Die Herausforderung für die Wissenschaftler bestand darin, mittels mikrosystemtechnischer Verfahren intelligente Sensoren zu entwickeln und diese so zu verkapseln, dass das theranostische Implantat dauerhaft im Körper verbleiben kann. Die Energieversorgung des Implantats für die Messwertaufnahme erfolgt telemetrisch. Hierbei wird das benötigte elektrische Feld für die drahtlose Datenübertragung der Messwerte gleichzeitig genutzt, um genügend Energie für das Implantat bereit zu stellen.

Zusätzlich zum Blutdruck sollen weitere Messdaten wie Beschleunigung und Temperatur an eine Empfangseinheit außerhalb des Körpers übertragen werden. Mit den gewonnenen Informationen kann die medikamentöse Behandlung optimiert werden, wodurch eine Frühdiagnose und Verbesserung des Krankheitsverlaufs ermöglicht wird. Krankenhausaufenthalte und hohe Behandlungskosten lassen sich dadurch reduzieren.

Laut Journal of Health Monitoring 2017 vom Robert-Koch Institut in Berlin betrug der Anteil der deutschen Erwachsenen mit diagnostiziertem Bluthochdruck 31,8 Prozent. Trotz medikamentöser Behandlung ist der Blutdruckwert jedes dritten Betroffenen nicht optimal eingestellt. Daher gewinnt die Langzeitüberwachung der hämodynamischen Parameter in der stets alternden Gesellschaft zunehmend an Bedeutung.

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