Resorbierbares Stützgeflecht aus Magnesium: "Die Patches müssen der Bewegung des Herzmuskels folgen"

Interview mit Dr.-Ing. Thomas Hassel, Bereichsleiter Unterwassertechnikum Hannover (UWTH)

Ein aus Magnesium bestehendes Implantat soll bald Patienten helfen, die im Hochdruckbereich des Herzens eine Schädigung aufweisen. Das Implantat schützt eine Gewebematrix, an der neue Zellen wachsen sollen, die das betroffene Gewebe ersetzen. Das Implantat selbst soll sich nach einigen Monaten rückstandlos auflösen. MEDICA.de sprach mit Dr.-Ing. Thomas Hassel über das spannende Projekt.

08.08.2014

Foto: Hand hält Würfel mit der Formel für Magnesium

Magnesium ist nicht toxisch und wird zum Beispiel bei Muskelkrämpfen eingenommen; © panthermedia.net/conceptw

Herr Dr. Hassel, ein Implantat, das sich nach einiger Zeit im Körper auflösen soll. Nach welchen Kriterien suchen Sie den Werkstoff aus?

Thomas Hassel
: Wir benötigten ein bioresorbierbares Metall, das im Körper nicht toxisch ist. Und Magnesium hat diese herausragende Eigenschaft, sodass wir es als Stützgeflecht aufbringen und nutzen können. Eine andere Möglichkeit wäre Eisen gewesen, aber es besitzt nicht die für unser Implantat nötige Korrosionsgeschwindigkeit. Die Degradationsrate des Magnesiums funktioniert für unsere Zwecke wesentlich besser. Des Weiteren sind die mechanischen Eigenschaften des Metalls sehr gut geeignet.

Warum soll es sich abbauen? Patches auf der linken Seite des Herzens im Niederdruckbereich tun dies nicht.

Hassel
: Abgebaut werden soll nur das Stützgeflecht, das die dezellularisierte Patchmatrix zu Anfang hält. Auf der linken Seite, im Niederdrucksystem, ist der Patch, der die biologische Ersatzfunktion übernimmt, ausreichend geschützt durch seine eigenen mechanischen Eigenschaften. Auf der Hochdruckseite ist er mechanisch zu instabil für die Umgebungsbedingungen, weshalb wir ein zusätzliches Stützgeflecht aufsetzen. Was dann in der Zeit, in der das eigentliche Patch revitalisiert wird, abgebaut wird und seine Funktion verliert.

Wie lange dauert es, bis das Magnesium abgebaut wird?

Hassel
: Wir rechnen mit drei bis fünf Monaten.

Das Magnesium erhält eine zusätzliche Beschichtung. Welche Beschichtungen haben sie bislang getestet?

Hassel
: Zu Anfang versucht man es mit der natürlichen Oxidschicht. Die kann man dünn oder dick gestalten, da gibt es unterschiedliche Herstellungsverfahren, mit denen man die Dichte der Beschichtung beeinflussen kann. Eine solche natürliche Schicht wäre optimal. Sie ist jedoch beim Magnesium nicht möglich, weshalb wir uns für eine Magnesiumfluoridschicht entschieden haben. Die ist der Oxidschicht sehr ähnlich. Die Fluoridschicht führt dazu, dass die Metalloberfläche zunächst fest umschlossen wird. Nach und nach wird diese Schicht dann durch das biologische Milieu am Herzen abgetragen, das Material beginnt zu korrodieren und wird vom Körper resorbiert. Es gäbe auch die Möglichkeit Biopolymere auf die Oberfläche zu bringen oder mit Magnesiumhydroxidschichten zu arbeiten, aber wir präferieren im Moment die Magnesiumfluoridschicht.

Wie schließen Sie Abstoßungsreaktionen des Körpers aus?

Hassel
: Im Tierversuch haben wir bisher sehr gute Ergebnisse erhalten, sodass wir davon ausgehen, dass die gewählte Beschichtung die optimale ist. Darüber hinaus ist das Magnesium selbst schon lange als Implantatwerkstoff bekannt. Bereits in den 1920er-Jahren wurden damit Versuche durchgeführt. Und damals wie heute ist nie etwas von Abstoßungsreaktionen bekannt geworden.

Wie entstand die Form für das Magnesiumgerüst?

Hassel
: Wichtig ist: Die Patches müssen der Bewegung des Herzmuskels folgen. Zu Anfang haben wir die Patches aus Blech geformt und in einer ebenen Form auf das Herz aufgebraucht. Dass wir die Form des Herzens nicht berücksichtigt haben fiel auf, da der Chirurg Probleme hatte das Musterstück gut auf das Herz aufbringen zu können. Deshalb sind wir dazu übergegangen die dreidimensionale Form des Herzens mit auszuformen, damit es während der OP keine plastischen Verformungen gibt. Hierfür haben wir Projektsimulationen mit unseren Partnern durchgeführt, um Spannungsspitzen erkennen zu können. Über diese Erkenntnisse sind wir zu neuen Geometrien gekommen, die nun entsprechende homogene Spannungszustände zulassen, auch wenn sie elastisch verformt werden.

Wann rechnen Sie mit der Anwendung des Patches am Menschen?

Hassel
: Das können wir als Maschinenbauer schlecht bestimmen, das hängt von den Kardiologen ab. Wir arbeiten mit Prof. Axel Haverich von der Medizinischen Hochschule Hannover und seiner Arbeitsgruppe zusammen, die für die Evaluation des Implantates im Tier und dann für die Übertragung dieser Erkenntnisse auf den Menschen zuständig sind. Es wird aber wohl noch etwas dauern.
Foto: Simone Ernst; Copyright: B. Frommann

© B. Frommann

Das Interview führte Simone Ernst.  
MEDICA.de