Von Aneurysmen aus 3D-Druckern und Mikrowellen-Nahfeldsensoren

Auf dem ersten Symposium des Forschungszentrums Medizintechnik Hamburg referieren anerkannte Wissenschaftler und Forschungsprojekte werden vorgestellt

18.02.2014

Nora Meyne an ihrem Hochfrequenz-Messplatz im TUHH-Institut für Hochfrequenztechnik (IHF)
Nora Meyne an ihrem Hochfrequenz-Messplatz im TUHH-Institut für Hochfrequenztechnik (IHF) Fotos: TUHH/Brinkmann

Im Mai 2013 gründeten die Technische Universität Hamburg (TUHH) und das Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE) das Forschungszentrum Medizintechnik Hamburg/fmthh. Es schafft attraktive Bedingungen für interdisziplinäre Forschung und interessante Fördermöglichkeiten für den wissenschaftlichen Nachwuchs (als Fördergelder stehen seitens TUHH und UKE jährlich je 125.000 Euro bereit). Erstmalig findet am Donnerstag, 20. Februar, um 18 Uhr ein fmthh-Symposium statt, in dem sich das Forschungszentrum mit zwei Themen vorstellt, die für seine Spannbreite stehen: "Interventionelle Behandlung von Aneurysmen im Gehirn" sowie "Charakterisierung biologischer Zellen mit elektrischen Methoden". Eröffnet wird die Veranstaltung von Prof. Dr. Dr. h.c. Garabed Antranikian, Präsident der TUHH, und Prof. Dr. med. Martin Aepfelbacher, Prodekan für Forschung des UKE. Im Anschluss referiert Prof. Dr. med. Olav Jansen über die "Interventionelle Neuroradiologie intracerebraler Aneurysmen". Jansen ist Direktor der Klinik für Radiologie und Neuroradiologie am Universitätsklinikium Schleswig-Holstein in Kiel. Es folgt ein Vortrag von Dr. Katia Grenier vom Labor für Systemanalyse und Systemarchitektur (LAAS) - CNRS, Toulouse, zum Thema "Fluidic High Frequency Micro and Nanosystems".

BioMicroSens - Charakterisierung biologischer Zellen mit Mikrowellen-Nahfeldsensoren

Das Projekt BioMicroSens verfolgt einen neuen Technologieansatz zur Charakterisierung biologischer Zellen mittels Mikrowellen-Nahfeldsensoren. Die Charakterisierung biologischer Zellen spielt in der Medizin generell eine wichtige Rolle, beispielsweise bei der Untersuchung von Tumorzellen. Die üblichen Standardverfahren, die auf Anfärbetechniken beruhen, weisen jedoch einige Nachteile auf. So sind sie nicht in der Lage, Ergebnisse versuchsbegleitend in Echtzeit zu liefern, sondern erfordern teilweise längere Auswertezeiten. Zudem kann die Charakterisierung erst am Ende eines Versuches erfolgen und in der Regel werden die Zellen dadurch beschädigt. Nora Meyne, wissenschaftliche Mitarbeiterin am TUHH-Institut für Hochfrequenztechnik (IHF), geht im "BioMicroSens"- Projekt der Frage nach, ob es statt dessen möglich ist, mittels Sensoren im Mikrowellenfrequenzbereich in biologische Zellen zu blicken und zu sehen, ob eine Zelle gesund oder krank ist. "Bei hohen Frequenzen dringen die elektrischen Felder in die Zelle ein. Der Sensor misst die elektrische Durchlässigkeit der Zelle. Diese hängt von der chemischen Zusammensetzung der Zelle ab, daher kann der Sensor potentiell gesunde und kranke Zellen unterscheiden", sagt Nora Meyne.
In der Kooperation zwischen dem IHF und der Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie am UKE soll dieses Sensorsystem nun für den Einsatz in der Tumor-Diagnostik weiterentwickelt werden. Durch einen neuen Technologieansatz soll im Rahmen des Projektes an der TUHH ein Sensor entwickelt werden, der einzelne Zellen vermessen kann. Am UKE werden die zu vermessenden Proben präpariert und die biomedizinische Relevanz der Experimente sichergestellt. Projektleiter auf Seiten der Technischen Universität Hamburg ist Prof. Dr. Arne Jacob. Seitens des Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf begleiten Prof. Ralf Smeets, Dr. Dr. Beck-Broichsitter und Dr. Hartjen von der Klinik und Poliklinik für Mund- Kiefer- und Gesichtschirugie das Projekt.

Hirnartherien und Aneurysmen im 3D-Modell, daran arbeitet das Forscherteam mit Johanna Spallek (TUHH) und Dr. André Kemmling (UKE)
Hirnartherien und Aneurysmen im 3D-Modell, daran arbeitet das Forscherteam mit Johanna Spallek (TUHH) und Dr. André Kemmling (UKE)

Alster - Hirnartherien und Aneurysmen aus dem 3D-Drucker
Als Hirnaneurysma bezeichnet man die Erweiterung einer Arterie. Aneurysmen treten bei bis zu drei Prozent der Bevölkerung auf; das sind knapp 2,4 Millionen Menschen in Deutschland. Eine adäquate Versorgung von Aneurysmen der Hirnarterien ist essentiell, je nach Größe, Morphologie und Lokalisation ist das Risiko einer Hirnblutung mit häufiger Todesfolge und Invalidität erheblich. Der Einsatz neuer Techniken (z.B. Ausschaltung mit Coils und Stent Remodeling oder Flow-Diverter Devices) erfordert ein höchstmögliches Maß an Planungssicherheit und ex-vivo Device-Tests. Die Herstellung hochpräziser dreidimensionaler Modelle im Submillimeterbereich von Hirnarterien und Aneurysmen hätte somit vielfache Anwendungsmöglichkeiten sowohl in der medizintechnischen Grundlagenforschung als auch in der klinischen Forschung und Lehre.
Mit genau dieser Problematik befasst sich das vom Forschungszentrum Medizintechnik (fmthh) geförderte Projekt ALSTER (Aneurysm-Like Synthetic boodies für Testing Endovascuarlar devices in 3D Realtiy). Projektziel ist die Herstellungs- und Materialerprobung, Erstellung und Fertigungsoptimierung originalgetreuer patientenspezifischer haptischer 3D-Modelle von intrakraniellen Hirnarterien und Aneurysmen zur weiteren Anwendung. Zuständig für das Projekt seitens des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf (UKE) ist Dr. André Kemmling, Facharzt für Radiologie an der Klinik und Poliklinik für Neuroradiologische Diagnostik und Intervention am UKE. Ihm zur Seite steht die Ingenieurin Johanna Spallek von der Technischen Universität Hamburg. Sie ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am TUHH-Institut für Produktentwicklung und Konstruktion. Projektleiter auf Seiten des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf ist Prof. Jens Fiehler von der Klinik und Poliklinik für Neuroradiologische Diagnostik und Intervention. Projektleiter seitens der Technischen Universität Hamburg ist Prof. Dr.-Ing. Dieter Krause vom Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik.
Als erstes Ziel formulieren beide Jungwissenschaftler das Drucken von Aneurysma-Modellen, wie beispielsweise die erweiterte Halsarterie. Die Druckversuche im FDM-Verfahren kommentiert Johanna Spallek: "Der Reiz des 3D-Druckers liegt in der Möglichkeit, komplizierte Formen herzustellen. Diese Technologie werden wir bei der Nachbildung individueller Gefäß-Geometrie ausnutzen und optimieren." Dr. Kemmling: "In einem ersten Versuch konnten wir die 3D-Entfaltung eines Device im Gefäßmodell wie im originalen Gefäß nachbilden, dieses Verfahren wollen wir standardisieren und vereinfachen."


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