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Text: Thomas Masuch
Vor einigen Monaten hatte Dr. Martin Schulze eine 24-jährige Patientin behandelt, die bereits in der Kindheit von einem Knochentumor befallen war, und der vor einigen Jahren der Oberschenkelknochen und Teile des Beckenknochens entfernt werden mussten. An der „Megaprothese“, die danach eingesetzt wurde und das Bein vom Fußgelenk bis zum Becken stützte, hatte sich allerdings eine Infektion gebildet, so dass diese nach einiger Zeit wieder ausgebaut werden musste.
„Gerade bei solch großen Implantaten ist der Körper recht häufig anfällig für Infektionen“, erklärt Dr. Schulze, der Facharzt für Orthopädie und Unfallchirurgie ist und den Bereich „3D-Center | Experimentelle Orthopädie“ an der Uniklinik Münster leitet. Während die jährliche Infektionsrate bei „normalen“ Hüft- oder Knieimplantaten weltweit bei 1 – 2 % Prozent liegt, erreicht sie bei großen Implantaten bereits zweistellige Werte.
Die Therapie nach einer Implantat-Infektion (Periprothetischer Effekt) ist recht komplex und aufwendig und erfordert in der Regel einen längeren, mehrwöchigen Krankenhausaufenthalt und zum Teil mehrere Operationen, so Schulze. Um die Heilungschancen zu verbessern, haben der Mediziner und sein Team an der Uniklinik Münster eine innovative Lösung entwickelt, die auf dem Einsatz der Additiven Fertigung basiert. Mithilfe 3D-gedruckter Formen, die im 3D-Center der Uniklinik hergestellt werden, wird ein Platzhalter für das vorübergehend entfernte Implantat gegossen. Das ist im Prinzip nichts neues und wird auch so unter anderem in der Neurochirurgie verwendet, wenn zum Beispiel in Folge eines Unfalls recht große Teile des Schädelknochens entfernt werden müssen, um das darunter liegende Gehirn zu schützen.
Neu ist allerdings die Zusammensetzung und die Oberflächengestaltung: Der Platzhalter besteht aus Knochenzement, in den Antibiotikum gemischt wurde (die offizielle Bezeichnung ist ein mit Antibiotikum beladener PMMA-Spacer). „Durch die 3D-gedruckten Formen konnten wir die Oberfläche so modifizieren, dass sich diese in der Mikrostrukturierung um 70 Prozent vergrößert und das Antibiotikum deutlich besser abgegeben werden konnte“, erklärt Dr. Schulze. Bei der Therapie hatte das einen so großen Effekt, dass „es der Patientin wahrscheinlich das Bein gerettet hat.“ In einer weiteren Operation wurde der Spacer wieder entfernt und der Patientin erfolgreich eine neue Prothese als sogenanntes ‚Total Leg‘ eingesetzt. Heute kann die Patientin wieder am Leben teilnehmen und ihren Beruf ausüben.
Eingriffe nehmen zu
In Deutschland werden jedes Jahr rund 400.000 Implantate eingesetzt, in der Regel im Hüft- und im Kniegelenk; weltweit liegt die Zahl solcher endoprothetischen Eingriffe bei 4 Millionen. In Deutschland werden zudem jedes Jahr mehrere Tausend Revisionseingriffe durchgeführt, bei denen die Implantate wieder entfernt werden. Dafür kann es verschiedene Gründe geben: Neben der bereits beschriebenen Implantat-Infektion, kann sich das Implantat gelockert haben, weil zum Beispiel der Knochen nicht mehr so stabil ist, erklärt Schulze. „Oder das Implantat funktioniert nach einigen Jahren einfach nicht mehr so gut, weil irgendwann das Ende der Lebensdauer der Prothesen erreicht ist.“ Aufgrund der immer älter werdenden Bevölkerung dürften diese Revision-Eingriffe laut Schulze in der Zukunft noch deutlich zunehmen. An der Uniklinik-Münster beträgt deren Anteil bereits rund 30 Prozent.
Dabei landen in der Uniklinik eher die komplizierten Fälle, während der Großteil solcher Operationen an spezialisierten Krankenhäusern durchgeführt wird. „Generell kommen zu uns an die Uniklinik die Patienten, denen an anderen Kliniken nach bestimmten Therapien teilweise nicht mehr geholfen werden kann, und denen dann möglicherweise eine Amputation droht“, erklärt Dr. Schulze.
Hier gibt es dann Behandlungsansätze, die noch nicht zur allgemeinen Praxis gehören, aber die „die Ultima Ratio sind, um möglichweise ein Bein zu erhalten und nicht amputieren zu müssen“, so Martin Schulze. Gleichzeitig geht es für Dr. Schulze und sein Team in Zukunft darum, diese experimentellen Anwendungen noch weiter zu verbessern und noch weitere Daten zu sammeln. „Die Grenzen der Patientenversorgung und Forschung gehen dabei Hand in Hand.“ Dabei wurden die neuartigen PMMA-Spacer an der Uniklinik Münster auch bereits in weiteren Behandlungsfällen erfolgreich eingesetzt – unter anderem bei Entzündungen an Knieprothesen.
Die Zukunft bleibt spannend und der Ausbau des 3D-Centers geplant: Die Universität Münster und das Universitätsklinikum Münster schaffen gemeinsam mit der FH Münster und der InnoCoding GmbH eine interdisziplinäre Forschungsinfrastruktur für den medizinischen 3D-Druck am Point-of-Care. Das Vorhaben mit einem Gesamtvolumen von rund 3,9 Millionen Euro wird mit rund 3,5 Millionen Euro aus Mitteln des EFRE/JTF-Programms NRW 2021–2027 gefördert, also unter Einsatz von Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung der Europäischen Union sowie des Landes Nordrhein-Westfalen. Mit MDR-konformen Prozessen, neuen Prüfverfahren sowie digitalen und KI-gestützten Abläufen soll eine Ressource entstehen, mit der patientenindividuelle Anwendungen der Additiven Fertigung – bis hin zu Implantaten und innovativen Beschichtungen – schneller erforscht, validiert und in die klinische Anwendung überführt werden können.
