Das Gregorio-Marañón-Krankenhaus in Madrid hat die weltweit erste personalisierte Metamaterial-Knochenprothese geschaffen, die erfolgreich bei einem 38-jährigen Patienten mit einem Tibiasarkom implantiert wurde, wodurch eine Amputation des Beins vermieden wurde.
Das Gregorio-Marañón-Krankenhaus in Madrid konnte die Amputation eines Beins dank eines bahnbrechenden Knochenimplantats, das speziell für einen 38-jährigen Patienten angefertigt wurde, vermeiden. Es handelt sich um die weltweit erste personalisierte Metamaterial-Prothese dieser Art, eine Technologie, die ursprünglich für den Luft- und Raumfahrtsektor entwickelt wurde und die mechanischen Eigenschaften von Knochen durch eine Titanstruktur nachbildet, die mittels 3D-Druck hergestellt wird.
Gemeinsam mit Ingenieuren der Polytechnischen Universität Madrid (UPM) entwickelt, besteht die Prothese aus einem Netzwerk von Titanstrukturen im Millimeterbereich, das darauf ausgelegt ist, Lasten ähnlich wie das Knochengewebe zu verteilen. Die Implantation hat es ermöglicht, sowohl das Bein als auch das Kniegelenk des Patienten zu erhalten und eine Amputation zu vermeiden.
Eine Prothese, die dem Knochen nachahmt
Im Gegensatz zu herkömmlichen Prothesen ersetzt dieses Implantat den Knochen nicht durch ein festes Stück, sondern rekonstruiert seine Struktur und Festigkeit durch ein Netz feiner Titanstangen, die Lasten ähnlich dem Knochengewebe verteilen.
Sein Design unterstützt das Knochenwachstum und die Integration der Prothese in den Knochen des Patienten, wodurch das Risiko von Abstoßung und Komplikationen reduziert wird. Darüber hinaus wird die Operationsdauer, da es sich um ein 3D-gedrucktes und individuell auf jeden Patienten zugeschnittenes Implantat handelt, nahezu halbiert.
Die Prothese wiegt kaum 300 Gramm, doch Simulationen deuten darauf hin, dass sie mehr als 500 Kilogramm aushalten kann, im Vergleich zu herkömmlichen Prothesen, die mehrere Kilogramm wiegen und nur 100-150 Kilogramm tragen können.
Eine für jeden Patienten entworfene Prothese
Pierre Chazel, 38 Jahre alt, litt an einem hochgradigen Knochensarkom im Tibia. Nach einer Infektion und schweren Verlusten der Knochendichte konnte sein Bein keine herkömmliche Prothese mehr tragen, sodass das medizinische Team beschloss, ein Implantat zu entwerfen, das auf seine Anatomie zugeschnitten ist.
Aus seinen radiologischen Bildern erstellten die Forscher einen digitalen Zwilling seines gesunden Beins und simulierten die Lasten, die die Tibia beim Gehen, Treppensteigen oder Stolpern zu tragen hat. Basierend auf diesen Daten entwarfen sie den inneren Aufbau der Prothese und platzierten die Schrauben in den Bereichen mit der besten Knochenqualität, was ihnen ermöglichte, den Eingriff millimetergenau zu planen.
Ein Jahr nach der Operation ist der Patient bereits in der Lage zu gehen. Nach fast zwei Jahren, in denen er das Bein nicht belasten konnte, sagt er, dass er endlich seine Mobilität wiedergewonnen hat. Das Gregorio-Marañón-Krankenhaus hat bereits einen zweiten ähnlichen Eingriff vorgenommen und bereitet zwei weitere personalisierte Implantate vor, eines für das Handgelenk und eines für das Brustbein. Ziel ist es, diese Technologie auszurollen, um im öffentlichen Gesundheitssystem hyperpersonalisierte Medizin anzubieten.
