Prothesen: Implantat für defekte Venenklappe

Foto: Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik der RWTH Aachen

An chronisch-venöser Insuffizienz (CVI) leiden fast zehn Millionen Bundesbürger, Frauen sind doppelt so oft betroffen wie Männer. Ursächlich für die Volkskrankheit ist eine eingeschränkte Funktionsfähigkeit der Beinvenenklappen. Schließt das Venenventil nicht mehr richtig, folgt das Blut der Schwerkraft und fließt – wenn das Herz nicht gerade pumpt – in die Beine, wo es sich staut. Die Folge sind Ödeme, bei besonderen Schweregraden treten offene Geschwüre auf. Meist wird die CVI mit Entzündungshemmern und Wassertabletten behandelt. Ein Venenklappenimplantat zur Therapie der Erkrankung gibt es bislang noch nicht.

Forscher vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart haben gemeinsam mit vier Industriepartnern und dem Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen eine Produktionsanlage entwickelt, mit der sich Venenklappenprothesen aus dem Kunststoff Polycarbonaturethan (PCU) automatisiert herstellen lassen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie förderte das Projekt.

Herzstück der Anlage ist ein 3-D-Tröpfchendosierwerkzeug, mit dem die Forscher verschiedene Härtegrade eines Polymers präzise auf Freiformflächen aufbringen und kombinieren können. Die Wissenschaftler verwenden PCU, da es sich durch eine hohe Belastbarkeit und Flexibilität auszeichnet. Zudem kann es gut mit umgebendem Gewebe vernäht werden. PCU-Gebilde sind in sehr dünnen Schichtdicken herstellbar – ideale Voraussetzung für die hauchzarten Venensegelklappen. Mit PCU in Kombination mit der 3-D-Tröpfchendosierkinematik lassen sich fließende Materialübergänge aus sechs verschiedenen Elastizitäts- und Härtegraden erzielen – ohne Sollbruchstellen, genauso wie es in der Natur bei hochbelasteten Strukturen angewandt wird.

Für die Venenklappenprothese werden die Polymere zunächst in einem Lösungsmittel aufgelöst und mit dem Dosierwerkzeug tröpfchenweise bis auf 25 Mikrometer genau auf eine Venenklappenprothesenform abgesetzt. Pro Sekunde kann das System bis zu 100 Tröpfchen mit einem Volumen von zwei bis 60 Nanoliter abgeben. Eine 6-Achs-Kinematik positioniert den Piezodosierer präzise über der Form. Ist diese vollständig betropft, wird sie mit einem warmen Stickstoffvolumenstrom überströmt. Dadurch verdunstet das Lösungsmittel – zurück bleibt das Polymer. In einem erneuten Dosiervorgang wird eine weitere Schicht aufgetragen. Abschließend lässt sich die Polymerprothese von der Form abziehen. Den so gefertigten Klappenersatz können Ärzte per Katheter durch die Haut in die Beinvene implantieren.

Mit dieser Lösung können Forscher künftig auch weitere dünnwandige hochbelastete Implantate fertigen, wie etwa Herzklappen oder Bandscheiben. EB