Maßgeschneiderter Gelenkersatz kann Operationen enorm verkürzen. Schon jetzt fertigen Ärzte Modelle im 3-D-Drucker, um Operationen besser planen zu können. Langzeiterfahrungen über die Haltbarkeit der neuen Prothesen fehlen allerdings.
Stellen Sie sich vor: Ihr Kniegelenk ist so lädiert, dass Sie einen künstlichen Ersatz benötigen. Ihr kaputtes Knie wird von einem Computertomografen aufgenommen. Die Daten werden direkt zu einem 3-D-Drucker weitergeleitet. Nach wenigen Minuten ist fertig, was Ihnen zumindest für die nächsten zehn Jahre Schmerzfreiheit schenken soll: eine Knieprothese aus einer Metalllegierung, die individuell an Ihr Knie angepasst ist. Bereits wenige Stunden später werden Sie operiert. „So wird vermutlich die Zukunft aussehen, aber noch sind wir in einigen Punkten von dieser Wunschvorstellung entfernt“, sagt Johannes Beckmann, Chefarzt der Sportklinik in Stuttgart Bad Cannstatt.
3-D-Drucker drucken heute schon Kunststoffmodelle anhand der Daten, die der Tomograf einem Prothesenhersteller zuvor geliefert hat. Auch Schnittschablonen für die OP werden direkt mit hergestellt. Da Kunststoff nicht ausreichend belastbar ist, wird eine Metallprothese entsprechend des Kunststoffmodells gegossen oder gefräst. „Die maßgeschneiderte Prothese hat den Vorteil, dass während der Operation nicht noch lange ausprobiert werden muss, welche der acht verfügbaren Größen einer Prothese beim jeweiligen Patienten am besten passt. Das verkürzt die Operationszeiten enorm“, sagt der Orthopäde Christian Lüring, Direktor im Dortmunder Klinikum, der wie Beckmann bislang mehrere Hundert Patienten mit maßgefertigten Prothesen versorgt hat. Zudem muss bei maßgeschneiderten Prothesen weniger Knochen abgetragen werden. Vor allem jüngere Patienten profitieren davon, da sie im Laufe ihres Lebens mehr Prothesen benötigen. Der Knochenverlust summiert sich dann auf.
Einig sind sich die beiden Orthopäden darin, dass bei den modernen Implantaten noch keine Erfahrung zum mittel- und langfristigen Verlauf vorliegen: „Nicht alles was modern ist, ist besser und länger haltbar“, sagt Lüring. Die Vermutung ist aber, dass bei möglicherweise vergleichbarer Haltbarkeit die Zufriedenheit der „Maßanzug-Patienten“ größer ist. Herkömmliche Prothesen scheinen bei 15 bis 20 Prozent der Patienten ein Instabilitätsgefühl und eine schlechtere Beweglichkeit zu verursachen. „Aber wir brauchen hier dringend Studien über eine Laufzeit von mindestens 15 Jahren, die die Haltbarkeit und auch die Beschwerden nach der OP genauer untersuchen“, fordert Christian Lüring.
Komplexes Gelenk
Das Knie ist ein sehr komplexes Gelenk mit ganz verschiedenen Geometrien der einzelnen Teile. „Etwa 90 Prozent der Patienten können mit herkömmlichen Prothesen gut versorgt werden“, erzählt der Dortmunder Orthopäde. Es gibt aber auch Patienten, deren Knie so beschaffen ist, dass sie eine Maßanfertigung benötigen. „Das sind beispielsweise kleine oder große Patienten und Patienten mit stark asymmetrischen Knieformen“, so Beckmann. In diesen Fällen bezahlen die Krankenkassen die im Vergleich zu den herkömmlichen Prothesen deutlich teureren maßgeschneiderten Implantate fürs Knie. „Die maßgeschneiderten Prothesen eignen sich auch sehr gut bei Patienten mit Knie-Arthrose, bei denen die Seitenbänder am Knie noch stabil sind, die Fehlstellung am Bein aber nicht zu groß ist“, erzählt Lüring. Bei zu starken X- oder O-Beinen mit einer Abweichung mehr als 15 Grad von der Mittelachse kämen sie laut dem Dortmunder Orthopäden dagegen nicht in Frage.
Der 3-D-Drucker kann aber auch andere Formen ausdrucken wie Hüftgelenke, Zahnersatz, Schädeldecken und sogar günstige Handprothesen für Kinder. Auch bei drei schwerkranken Kleinkindern hat sich der 3D-Druck bereits bewährt. Sie kamen mit so labilen Bronchien auf die Welt, dass diese jederzeit kollabieren konnten. Herkömmliche OP-Methoden konnten den Kindern nicht helfen. Deshalb hätten sie über längere Zeit einer intensivmedizinischen Betreuung bedurft bis ihre Bronchien durch weiteres Wachstum stabil genug sind. Ein sich selbst abbauendes Stützgerüst für die Luftröhre aus dem 3-D-Drucker lässt den wachsenden Atemwegen genug Raum und sorgt nun dafür, dass sie nur noch teilweise beatmet werden.
Auch Chirurgen haben 3-D-Drucker für sich entdeckt – derzeit, um anhand der dreidimensionalen Druckmodelle Operationen zu planen. So gibt es Penisimplantate ebenso wie Nachbildungen tumorbefallener Organe eines Patienten mit der genauen Abbildung der Blutgefäße. Plastische Chirurgen in Boston nutzten kürzlich Modelle von Schädel und Gesicht, um ein kleines Mädchen mit einer sogenannten Tessier Gesichtsspalte zu operieren. Dreidimensionale Modelle des Schädels des kleinen Mädchens boten die Möglichkeit, vorab genau jeden Schritt des Eingriffs zu planen.
Massgeschneiderte Gelenke aus dem 3-D-Drucker
Organdruck
Organe wie Leber, Niere und Bauchspeicheldrüse müssen gut durchblutet werden und sind komplexaus mehreren Zelltypen aufgebaut. Es ist bislang noch nicht gelungen, Blutgefäße in ein Organ zu drucken und Sauerstoff-erzeugende Materialien einzubauen. Aber es ist schon geglückt, einfachste künstliche Miniatur-Nierenzu drucken. Bis zu funktionierenden, transplantationsfähigen Organen werden noch viele Jahre vergehen.
Meniskus
Erste positive Ergebnisse gibt es zum Meniskus. Die Forscher der Columbia Universität implantierten Schafen ein maßgeschneidertes Gerüst (Scaffold) aus dem Kunststoff Polycaprolacton. Zwei eingebaute Wachstumsfaktoren regen Knorpelzellen an, sich im Gerüst niederzulassen. Vier bis sechs Wochen dauert der Prozess. Das Gerüst löst sich derweil selbst auf. Nach drei Monaten konnten die Schafe wieder weitestgehend normal laufen.
Herzklappen
Das geometrisch anspruchsvolle Herzklappengerüst, das nochzu verfeinern ist, ähnelt einem Rankengitter. Vorgezüchtete Herzzellen sollen daraufappliziert und dann im Bioreaktor mit Nährlösung versorgt werden. Sie sollen zu einem Gewebe heranwachsen, so dass die Herzklappe implantiert werden kann – derzeit sind noch viele Probleme zu lösen. So ist das Material des Gerüstes bisher noch nicht resorbierbar