Innovation

Maßgeschneiderter Gelenkersatz am Knie Dank 3-D-Drucker

Gerlinde Felix

Von Gerlinde Felix

Mo, 28. September 2015

Gesundheit & Ernährung

Ihr Kniegelenk ist so lädiert, dass Sie einen künstlichen Ersatz benötigen. Ihr kaputtes Knie wird Scheibchen für Scheibchen von einem Computertomografen (CT) aufgenommen - und die Daten werden direkt zu einem 3-D-Drucker weitergeleitet.

Nach wenigen Minuten Druckzeit ist fertig, was Ihnen mindestens für zehn Jahre Ruhe vor Schmerzen und neue Bewegungsfreiheit schenken soll: eine Knieprothese aus Metall, die individuell und optimal an Ihr Knie angepasst ist. Bereits wenige Stunden später werden Sie operiert. Klingt gut, oder? "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.

Was funktioniert denn schon? Beispielsweise die mit bis zu zehn Millionen Euro ultrateuren, professionellen 3-D-Drucker. Sie drucken zwar bislang nur Kunststoff, aber in drei Dimensionen anhand der Daten, die das CT einem Prothesenhersteller zuvor geliefert hat. Das Produkt: ein dreidimensionales, maßgeschneidertes Kunststoffmodell. Auch Schnittschablonen für die OP werden direkt hergestellt. Da Kunststoff nicht ausreichend belastbar ist, wird eine Metallprothese entsprechend dem Kunststoffmodell gegossen oder gefräst. Sie wird derzeit sechs bis acht Wochen nach der Datenübermittlung eingesetzt.

"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 Operationszeit enorm. Auch ist weniger Vorbereitungszeit nötig, weil das passende Zubehör gleich mit ausgedruckt wird", sagt der Orthopäde Christian Lüring, Direktor der Dortmunder Klinik, der wie Beckmann bereits mehrere Hundert Patienten mit maßgefertigten Prothesen versorgt hat. Bald könnte es eine Neuerung geben: "In wenigen Wochen wird die oberste Gesundheitsbehörde der USA, die FDA, wahrscheinlich die Zulassung für einen 3-D-Drucker erteilen, der nun auch direkt Metallprothesen drucken kann", erzählt Beckmann begeistert. Der Zwischenschritt über Kunststoff entfällt dann.

An der Einpassung ändert sich durch die Prothese aus dem Drucker nicht viel. Es muss stets etwas Knochen weichen. Bei den Prothesen von der Stange betrifft das an manchen Stellen bis zu einem Zentimeter Kno
chenmaterial. "Bei maßgeschneiderten Prothesen ist der Knochenverlust dagegen um ein Drittel bis ein Viertel geringer", so Beckmann. Lüring dagegen glaubt nicht, dass der Unterschied so groß ist.

Ein möglichst geringer Knochenverlust ist wünschenswert, insbesondere bei jüngeren Patienten. Denn bei ihnen halten die Prothesen nicht so lang wie bei älteren Patienten – weil sie sich in der Regel mehr bewegen. Das und ihr Alter bedeutet, dass sie im Laufe ihres Lebens mehrere Prothesen benötigen. Der Knochenverlust summiert sich dann.

Einig sind sich die beiden Orthopäden darin, dass bei den modernen Implantaten noch keine Erfahrungen zum mittel- und langfristigen Verlauf vorliegen: "Nicht alles, was modern ist, ist besser und länger haltbar. Das muss der Patient wissen", sagt Lüring. Das Für und Wider müsse, fordert er deshalb, mit dem Patienten genau besprochen werden, damit dieser keine überzogenen Erwartungen hat.

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 Gefühl der Instabilität zu verursachen, auch ist die Beweglichkeit schlechter. "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 Lüring.

Das Knie ist ein sehr komplexes Gelenk. "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 Maßanzüge fürs Knie. "Die maßgeschneiderten Prothesen eignen sich auch sehr gut bei Patienten mit Kniearthrose, 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 über 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. Erste Hüftgelenke, viel Zahnersatz, Schädeldecken und sogar günstige Handprothesen für Kinder kann ein entsprechend guter 3-D-Drucker herstellen. Auch bei drei schwerkranken Kleinkindern hat sich der Druck bereits bewährt. Sie kamen mit so labilen Bronchien auf die Welt, dass diese jederzeit kollabieren konnten. Die Erkrankung heißt Tracheobronchomalazie. Mit herkömmlichen OP-Methoden konnte man den Kindern nicht helfen. Früher hätte man die Kinder über längere Zeit auf der Intensivstation betreuen müssen. Bis die Bronchien so weit gewachsen wären, dass sie stabil gewesen wären.

Stattdessen bekamen die kleinen Patienten nun ein jeweils maßgeschneidertes, sich selbst abbauendes Stützgerüst für die Luftröhre – natürlich aus dem 3-D-Drucker. Es sorgt dafür, dass sie nur noch teilweise beatmet werden müssen und es nicht notwendig ist, sie intravenös zu versorgen oder mit Beruhigungsmitteln ruhig zu stellen. Das Stützgerüst räumt den wachsenden Atemwegen genügend Platz ein, bis es sich nach etwa drei Jahren selbst aufgelöst hat. Allerdings besteht bei dieser Methode das Risiko, dass umliegendes Gewebe am Stützgerüst reibt und geschädigt wird.

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. Bilder hätten die wichtigen Informationen nicht liefern können.