A megoldások közvetlenül a csonton figyelik a gyógyulási folyamatot.

Bergita Ganse baleseti sebész a Werner Siemens Alapítvány innovatív implantátumfejlesztésért felelős professzora a Saar-vidéki Egyetemen, ő koordinálja az Intelligens implantátumok nevű projektet. Az intelligens implantátumok új generációja közvetlenül a csonton figyeli, hogy a sípcsonttörések gyógyulnak-e. Amennyiben szükséges, célzott mozgással közvetlenül a törés helyén aktívan serkenti a gyógyulási folyamatot. Ezen dolgozik egy orvosi, mérnöki és informatikai kutatócsoport. A Bergita Ganse és Tim Pohlemann által vezetett csapat most először állította össze a szükséges ismereteket arról, hogy a csonttöréseket hogyan lehet a legjobban stimulálni a leggyorsabb gyógyulási eredmény elérése érdekében.

Minden alsó lábszártörés más és más. Legyen szó motorbalesetről vagy egy focis becsúszásról, a csontra ható erők függvényében változik a sérülés a nagy szilánkoktól a kis csonttörmelékekig. Ennek megfelelően minden törés egyedileg gyógyul. Amennyiben egy csont gyógyulását gyorsításban nézhetnénk, a törés helyén folyamatos változások lennének láthatók, ahogy új csontszövet képződik. Ennek ellenére a szokásos kezelés ma az, hogy egy standard méretű implantátumot csavaroznak a csontdarabokhoz, a jelenlegi implantátumok tisztán passzívak. A röntgenfelvételek csak időközönként és késleltetve mutatják meg hogyan halad a gyógyulás.

"Az, hogy a csont az implantátum ellenére sem nő össze, viszonylag gyakori szövődmény a sípcsonttöréseknél. Száz betegből ez körülbelül tizennégyet érint. Manapság nehéz a törés gyógyulásának késedelmét külsőleg, korai stádiumban kimutatni, hogy beavatkozhassunk. Ez hosszadalmas kezelést jelent az érintettek és nagyon magas költségeket az egészségügyi rendszer számára" - mondta Bergita Ganse.

A létrehozott interdiszciplináris csapatban orvosok, mérnökök és informatikusok olyan implantátumot fejlesztenek ki, amely egyénre szabottan illeszkedik az egyes betegek csontjaihoz és amely a műtét idejétől kezdve közvetlenül a helyszínen, a szervezetben ad információt arról, hogy egy törés mennyire jól vagy rosszul gyógyul. Figyelmeztetni is tud helytelen terhelés esetén, sőt, ha szükséges, magának az implantátumnak is aktívan elő kell segítenie a csontgyógyulást.


Az intelligens implantátum prototípusa 2025-ben lesz elérhető. Ennek érdekében a kutatók a legmodernebb anyagtechnológiát, a mesterséges intelligenciát és az orvosi know-how-t ötvözik. "Az implantátumok ezen új osztályával a törés merevségét és a törés elmozdulását közvetlenül a törés helyén szeretnénk folyamatosan nyomon követni. Ha problémákat észlelünk, az implantátumnak magának kell aktívan ellensúlyoznia mozgással vagy merevítéssel anélkül, hogy további beavatkozásra lenne szükség" - magyarázta a professzor.

A Saar-vidéki Egyetem kutatócsoportja számos előzetes vizsgálatban már megállapította többek között, hogy a törések gyorsabban gyógyulnak, ha a törés helyét mikromozgásokkal stimulálják. A szakemberek számos területen új utakat járnak be. Ahhoz, hogy az implantátumot úgy fejlesszék ki, hogy az optimálisan támogassa a páciensre szabott gyógyulást, számos összetett részletet és összefüggést kell tisztázni. "Például még nem határozták meg, hogy az ilyen implantátumoknak ideális esetben milyen erőket, frekvenciákat, erőirányokat vagy egyéb ingereket kellene kifejteniük mennyi ideig a legjobb gyógyulási eredmény elérése érdekében" - közölte a baleseti sebész.

Ezért a kutatócsoportjával együtt összeállította, hogy mit tudunk eddig ezen a területen, megvitatta az aktív implantátumok lehetséges mechanizmusait és meghatározta, hogy hol van szükség további kutatásokra a legideálisabb támogatást nyújtó aktív implantátum kifejlesztéséhez. A kutatócsoport most az Acta Biomaterialia című folyóiratban tette közzé az eredményeit. "Ez egy alapkutatás, tehát ez az első áttekintő tanulmány, amelyet eddig bárhol a világon ebben a témában publikáltak" - hangsúlyozta Bergita Ganse, aki korábban az Európai Űrügynökség (ESA) és a NASA projektjeiben azt kutatta, hogy a csontok és az izmok hogyan sorvadnak el az űrben és segített kidolgozni az űrhajósok számára olyan képzési módszereket, amelyekkel ez megelőzhető.

Az egyik alapvető új fejlesztés az emlékező huzalok alkalmazása az implantátumban. Ezeknek a megfelelő pillanatban át kell venniük a megfelelő "fizioterápiát". Ehhez sok adatra és információra van szükség. A hajszálvékony, alakmemóriával rendelkező huzalok nikkel-titánból készülnek. A Saar-vidéki Egyetemen az intelligens anyagi rendszerek szakértői Stefan Seelecke professzor vezetésével ezt kutatják. Az implantátumba épített vezetékek a tervek szerint elektromos jelek segítségével egyrészt érzékelőként láthatóvá teszik a gyógyulási folyamatot, másrészt a mozgáson keresztül serkentik a gyógyulást.

Az alakmemóriás huzalok deformálódás vagy húzás hatására visszatérnek eredeti alakjukba, s az izmokhoz hasonlóan képesek összehúzódni és ellazulni. Kis helyen nagy húzóerőt érnek el; az összes ismert meghajtó mechanizmus közül ezeknek van a legnagyobb energiasűrűségük. Elektromos árammal működnek, minden egyes vezetékhosszhoz hozzárendelhető az elektromos ellenállás pontos mért értéke. Amikor a drótokat az implantátumba szerelik, a törési rés legkisebb változása is leolvasható a mért értékekből. Ezáltal ezek a mesterséges izmok érzékelők az implantátumban.

A mért értékek sorozata megfelel egy mozgássorozatnak. Intelligens algoritmusok segítségével a mozgássorozatok előre kiszámíthatók, programozhatók és a vezetékek ennek megfelelően automatikusan vezérelhetők. Ilyen módon az implantátum könnyen mozoghat közvetlenül a törési résen, s aktív rövidüléssel és hosszabbodással, impulzusok, hullámok vagy elektromágneses mezők kibocsátásával serkentené a gyógyulást. Jelenleg a kutatók a finomhangoláson és a részleteken dolgoznak, hogy ezeket az izmokat alkalmassá tegyék az implantátumban való használatra. A Werner Siemens Alapítvány 8 millió euróval támogatja a kutatást.