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SUPPLEMENT: Perspektiven der Kardiologie

Medizinprodukte: Wie das „Herzstück“ von TAVI entsteht

Dtsch Arztebl 2013; 110(39): [20]

Grunert, Dustin

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Besuch bei der Admedes Schuessler GmbH, dem Weltmarktführer im Bereich selbstexpandierender Nitinolstents und -rahmen für Herzklappenimplantate.

Die EngagerTM Herzklappe von Medtronic im geschlossenen Zustand. Der Rahmen des selbstexpandierenden TAVI-Systems wird von Admedes hergestellt. Foto: Medtronic [m]
Die EngagerTM Herzklappe von Medtronic im geschlossenen Zustand. Der Rahmen des selbstexpandierenden TAVI-Systems wird von Admedes hergestellt. Foto: Medtronic [m]

Ein großer weißer Raum. Modern, schick, fast „steril“ – als hätte ihn ein Designbüro nur zu Vorführungszwecken gebaut. Aber es ist laut. Das Rattern von Maschinen ist allgegenwärtig. Vor einer Wand stehen aufgereiht mehrere wuchtige Kästen aus Edelstahl. Ein zartes grünes Licht scheint durch deren Sichtscheiben. „Das sind die Reflexionen der Laserstrahlen“, sagt Dr.-Ing. Hannes Dobler. „Mit diesem konzentrierten Lichtstrahl wird die Struktur in die Röhrchen geschnitten“, führt er fort. Laser und Röhrchen sind der erste Schritt auf dem Weg zu einem Transkatheter-Aortenklappenimplantat (TAVI).

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Wir befinden uns in Pforzheim bei der Admedes Schuessler GmbH, dem Weltmarktführer im Bereich selbstexpandierender Nitinolstents und -rahmen für Herzklappenimplantate. Der mittelständische Betrieb produziert dort jährlich circa eine halbe Million dieser hoch spezialisierten Medizinprodukte.

Die Geschichte des Unternehmens liest sich wie ein Leitfaden für erfolgreiche „Start-ups“: 1996 von Dr. rer. nat. Andreas Schuessler zunächst für die Produktion von Nitinolstents gegründet, folgte ein rascher Aufstieg. Zahlreiche neue Gebäude wurden gebaut und man expandierte in die USA, wo mittlerweile 40 der rund 750 Mitarbeiter in der Entwicklung tätig sind. Admedes ist ein Auftragsunternehmen: Denn die Anforderungsprofile von Stents und Herzklappenrahmen werden zunächst von den Kunden – große Konzerne für Medizinprodukte, aber auch kleine Firmen – selbst entwickelt. Admedes überführt die Ideen der Kunden zunächst in Prototypen und produziert sie später in Serie. So kam es, dass sich das Pforzheimer Unternehmen durch sein Know-how schon sehr früh an der TAVI-Technologie beteiligen konnte.

Laserstrahlen schneiden Muster

„Die Nitinolrohlinge sind die Grundlage für die Rahmen der Herzklappen“, erläutert Chief Sales Officer Dobler. Sie haben einen Durchmesser von fünf bis sieben Millimetern und eine Wandstärke von 200 bis 300 Mikrometern. Doch wie wird aus einem unscheinbaren Metallröhrchen ein hochpräzises Implantat? Mit einem sogenannten Fiber Laser, bei dem der Strahl in einem Glasfaserkabel generiert und dann über eine entsprechende Optik auf das Werkstück geschossen wird, werden die Muster in den Rohling geschnitten. „Hier ist schon die finale Geometrie der Rahmen verborgen“, erklärt Dobler die feinen Strukturen, die nun auf der Oberfläche zu sehen sind. Nach dem Schneiden geht es sofort zur ersten Sichtkontrolle unter einem der vielen Mikroskope.

Ein Blick in die Produktion: In diesem Raum werden sowohl das Entgraten als auch die Wärmebehandlung und verschiedene Kontrollen vorgenommen. Foto: Admedes
Ein Blick in die Produktion: In diesem Raum werden sowohl das Entgraten als auch die Wärmebehandlung und verschiedene Kontrollen vorgenommen. Foto: Admedes

Schon bei kleinsten Kratzern auf der Oberfläche werden die Teile aussortiert. Eine „Failure Rate“ von rund zehn Prozent überrascht da wohl kaum. „Würde man das mit der Automobilbranche vergleichen, wäre diese Rate natürlich sehr hoch. Unsere Produkte werden aber später in den menschlichen Körper eingesetzt. Da kann man auch kleinste Fehler nicht durchgehen lassen“, beruhigt Dobler.

Während der ersten Sichtkontrolle wird auch das „Entgraten“ der Rahmen vorgenommen, bei dem herausgetrennte Fensterchen und Schlackereste des Laserschneidens entfernt werden. Dazu wird das Gerüst mit Feile, Schleifpapier und viel Fingerspitzengefühl bearbeitet.

Die Legierung, aus dem die Herzklappenrahmen hergestellt werden, Nitinol (Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratory), wurde schon 1958 im Naval Ordnance Laboratory, einem Labor der US-Marine, entwickelt. Dem Material kann eine bestimmte Form „einprogrammiert“ werden, zu der es bei einer festgelegten Temperatur zurückkehrt, egal wie sehr es vorher verformt wurde. Nitinol hat sozusagen ein Formgedächtnis.

Bezogen auf die Rahmen der Herzklappenkatheter bedeutet dies, dass die geschnittenen Rohlinge bei Temperaturen von rund 500 Grad auf metallische „Dorne“ aufgezogen werden, um die ursprünglich zylindrische Form in die finale Version zu bringen. Wann sich die Legierung an die Form „erinnert“, die ihr einprogrammiert wurde, wird durch die AF-Temperatur (Austenit-Finish) festgelegt. „Die bestimmt, bei welcher Temperatur sich das Material von der sehr flexiblen, kaugummiartigen in die sehr straffe Form verwandelt, die dann die finalen Eigenschaften hat. Wenn die bei 37 Grad liegt, dann passt es“, erklärt Dobler, während die Herzklappenrahmen kontrolliert werden.

Beim darauffolgenden Mikrostrahlen werden die Rahmen in Maschinen, die ähnlich wie Sandstrahler funktionieren, von ihrer bläulich schimmernden Oxidoberfläche befreit, die bei der Wärmebehandlung entstanden ist. Das ist nötig für den nächsten und letzten Schritt der Herstellung.

Das Elektropolieren – eine Art Oberflächenglättung – und die Endabnahme werden unter besonderen hygienischen Bedingungen durchgeführt. „Wir haben hier im Prinzip Infrastrukturelemente von Reinräumen. Die Umgebung soll dafür sorgen, dass wir so sauber wie möglich arbeiten“, so Dobler. „Wir sind zwar nicht dafür verantwortlich, dass die Ware steril zum Kunden kommt, dennoch haben wir eigene Standards in Sachen Sauberkeit.“ Beim Elektropolieren wird das Werkstück gleichmäßig in einer Flüssigkeit gerührt, deren Zusammensetzung Betriebsgeheimnis ist. Doch es handelt sich um einen galvanischen Prozess, der für einen gewissen Abtrag sorgt. Danach glänzt die vorher matte Oberfläche und ist glatt.

Die Bearbeitung hat mehrere Funktionen. „Dabei wird die Oberfläche vom potenziell schädlichen Nickel abgereichert und gleichzeitig entsteht eine Titandioxidoberfläche. Die sorgt dafür, dass der Herzklappenrahmen absolut biokompatibel ist“, erläutert Dobler. Zum anderen würden auch scharfe Kanten entfernt. Diese könnten im Körper Schaden anrichten und auch zu Kerbwirkungen und letztlich einem Bruch des TAVI führen.

Finale Kontrolle unter Sicht

Um solchen Risiken vorzubeugen, werden mehrere Endkontrollen vorgenommen. Beispielsweise werden die Form und die Abmessungen des Herzklappenrahmens mithilfe von Bildverarbeitungsprogrammen überprüft, die Wandstärke mit einem taktilen Sensor gemessen und schließlich findet noch eine finale Sichtkontrolle statt. „Das ist meiner Meinung nach der anspruchsvollste Job, sich mehrere Stunden, mit gewissen Pausenrhythmen natürlich, nur auf die Qualität zu konzentrieren“, lobt Dobler die Arbeit der meist weiblichen Kontrolleure.

Nach nur wenigen Stunden ist so ein feingliedriger Rahmen für ein TAVI entstanden. Doch bis es einem Patienten eingesetzt werden kann, ist es noch ein langer Weg. Denn für ein fertiges Produkt braucht man auch eine Herzklappe. Im Fall der EngagerTM von Medtronic wird diese in den USA mit dem formgebenden Nitinolgeflecht verbunden. Per Handarbeit werden Aortenklappen von Rindern, die unter zwei Jahre alt sind, eingenäht. Selbst nach einer einjährigen Schulung und viel Übung brauchen die Näher zwei Tage für die Fertigstellung eines TAVI. Nach dem darauffolgenden Sterilisieren kann es dann wieder nach Deutschland und in andere Länder verschickt werden. So können weltweit jedes Jahr Tausende Patienten mithilfe dieser innovativen Methode behandelt werden.

Dustin Grunert

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